PNLD 2026 EM - CAT 1 - COLEÇÃO 360 - QUÍMICA by FTD Educação

GERSON DE SOUZA MÓL WESLEY PEREIRA DA SILVA ALAN RIBEIRO MÓL

ÁREA DO CONHECIMENTO: CIÊNCIAS DA NATUREZA E SUAS TECNOLOGIAS

QUÍMICA MANUAL DO PROFESSOR

VOLUME

ÚNICO

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ENSINO MÉDIO

QUÍMICA ÁREA DO CONHECIMENTO: CIÊNCIAS DA NATUREZA E SUAS TECNOLOGIAS

VOLUME

ÚNICO ENSINO MÉDIO

GERSON DE SOUZA MÓL Doutor em Química pela Universidade de Brasília. Mestre em Química – Química Analítica pela Universidade Federal de Minas Gerais. Bacharel em Química pela Universidade Federal de Viçosa. Professor Adjunto do Instituto de Química da Universidade de Brasília.

WESLEY PEREIRA DA SILVA Doutor em Educação em Ciências pela Universidade de Brasília. Mestre em Educação pela Universidade de Brasília. Especialização em Ciências da Natureza e suas Tecnologias e o mundo do trabalho pela Universidade Federal do Piauí. Especialização em Coordenação Pedagógica pela Universidade de Brasília. Bacharel e licenciado em Química pela Universidade de Brasília. Professor da Secretaria de Estado de Educação do Distrito Federal.

ALAN RIBEIRO MÓL Mestre em Química pela Universidade de Brasília. Bacharel em Química pela Universidade de Brasília. Químico do Instituto de Química da Universidade de Brasília.

1a edição São Paulo – 2024

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Copyright © Gerson de Souza Mól, Wesley Pereira da Silva, Alan Ribeiro Mól, 2024 Direção-geral Ricardo Tavares de Oliveira Direção de conteúdo e negócios Cayube Galas Direção editorial adjunta Luiz Tonolli Gerência editorial Roberto Henrique Lopes da Silva e Nubia de Cassia de M. Andrade e Silva Edição Valquiria Baddini Tronolone (coord.) Tiago Jonas de Almeida, Alexandre Rodrigues Redondo, Fernanda Teixeira Rowies, Sandra Del Carlo (conteúdo digital) Preparação e revisão Maria Clara Paes (coord.) Ana Carolina Rollemberg, Cintia R. M. Salles, Denise Morgado, Desirée Araújo, Eloise Melero, Kátia Cardoso, Márcia Pessoa, Maura Loria, Veridiana Maenaka, Yara Affonso Produção de conteúdo digital João Paulo Bortoluci (coord.) Gerência de produção e arte Ricardo Borges Design Andréa Dellamagna (coord.) Sergio Cândido (criação), Ana Carolina Orsolin, Everson de Paula Projeto de capa Sergio Cândido Imagem de capa sturti/Getty Images Arte e produção Isabel Cristina Corandin Marques (coord.) André Gomes Vitale, Débora Jóia, Jorge Katsumata, Kleber B. Cavalcante, Rodrigo Bastos Marchini, Maria Paula Santo Siqueira (assist.) Diagramação Victor Slovac Avila Coordenação de imagens e textos Elaine Bueno Koga Licenciamento de textos Erica Brambilla Iconografia Luciana Ribas Vieira, Leticia dos Santos Domingos (trat. imagens) Ilustrações Adilson Secco, Alex Argozino, Alex Silva, Alexandre de Souza, Aloadir, Bentinho, Costtaeditoração, Estúdio Ampla Arena, Ilê Comunicação, Lápis 13B, Luis Moura, OracicArt, Paulo César Pereira, Renan Leema, Selma Caparroz, Sergio Lima, Sonia Vaz, Tarumã, Vanessa Novais, Vinicius Fioratti

Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) (Câmara Brasileira do Livro, SP, Brasil) Mól, Gerson de Souza 360° Química : ensino médio : volume único / Gerson de Souza Mól, Wesley Pereira da Silva, Alan Ribeiro Mól. – 1. ed. – São Paulo : FTD, 2024. Componente curricular: Química. Área do conhecimento: Ciências da natureza e suas tecnologias. ISBN 978-85-96-04650-3 (livro do estudante) ISBN 978-85-96-04651-0 (manual do professor) ISBN 978-85-96-04652-7 (livro do estudante HTML 5) ISBN 978-85-96-04653-4 (manual do professor HTML 5) 1. Química (Ensino médio) I. Silva, Wesley Pereira da. II. Mól, Alan Ribeiro. III. Título. 24-227870

CDD-540.7

Índices para catálogo sistemático: 1. Química : Ensino médio 540.7 Cibele Maria Dias - Bibliotecária - CRB-8/9427

EDITORA FTD. Rua Rui Barbosa, 156 – Bela Vista – São Paulo – SP CEP 01326-010 – Tel. 0800 772 2300 Caixa Postal 65149 – CEP da Caixa Postal 01390-970 www.ftd.com.br central.relacionamento@ftd.com.br

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

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

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APRESENTAÇÃO Caro estudante, Parabéns! Você está iniciando o Ensino Médio, uma nova etapa de sua formação como pessoa e como cidadão. Você pode se perguntar: para que é preciso estudar Química? Aprender Química aumenta a possibilidade de entender melhor o que está ao seu redor. Ao estudar Química, você conhecerá um pouco mais sobre os diferentes materiais que estão a sua volta, compreenderá como e por que acontecem muitas transformações e apreciará um pouco da história dessa Ciência que também é parte da história. Estudar Química tem também outra grande vantagem: entender como pensam os cientistas e como podemos pensar como eles. Aprender a pensar com a lógica das Ciências ajuda-nos a resolver problemas complexos ou mesmo questões do dia a dia como, por exemplo, remover manchas de suco da roupa, remover mofo do banheiro ou limpar de forma eficiente a tábua de cortar carne. Aprender Química nos permite entender melhor questões que são colocadas à sociedade, tais como quais são as melhores concentrações de álcool hidratado para limpar vidro, higienizar mãos ou objetos, ou mesmo acender uma fogueira? O conhecimento químico nos permite responder questões como essa de forma consciente e não apenas com base no senso comum. Neste livro, apresentamos conteúdo da Química buscando vínculos com questões que estão presentes no cotidiano, em uma tentativa de dar maior significado a esse conhecimento formal. Nessa busca de significado, também apresentamos personagens e contextos históricos relativos ao desenvolvimento do conhecimento científico. Com isso, buscamos desmistificar a ideia de que a Química é difícil ou desenvolvida por mentes iluminadas, mostrando que esse conhecimento é resultado do trabalho de muitas pessoas ao longo da história. Ao longo deste livro você vai encontrar diversas oportunidades para tornar-se um cidadão mais participativo. Um abraço e bons estudos! Os autores

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CONHEÇA SEU LIVRO Esta obra é composta por um Volume Único organizado em 6 Unidades a serem contempladas durante os três anos do Ensino Médio.

UNIDADE

Cada uma das Unidades é composta de 6 Temas.

ABERTURA DE UNIDADE

Composta de texto, imagens e questões que auxiliam a contextualizar e a levantar conhecimentos prévios sobre os assuntos presentes na Unidade.

MOLÉCULAS EM MOVIMENTO A ocorrência das reações químicas, a rapidez com que elas acontecem e como elas podem chegar a um estado de equilíbrio dinâmico dependem de diversos fatores, como da energia e da relação entre energia e movimentação de moléculas (e outras espécies). Entender esses fatores contribui para uma melhor compreensão de como os fenômenos químicos ocorrem, tanto no cotidiano quanto em contextos mais complexos. Na imagem, reação de combustão da sacarose. Não escreva no livro.

Respostas e comentários estão disponíveis nas Orientações para o professor.

1. Em seu entendimento, qual é o papel da energia na ocorrência das transformações físicas e químicas?

2. O que pode significar a afirmação chegar a um estado de equilíbrio dinâmico?

escreva no livro.

2 Algumas reflexões

e o atomismo.

propostas pelos filósofos gregos são temas recorrentes na cultura popular, como em filmes, seriados ou animações. Você conhece algum exemplo que mencione a teoria dos quatro elementos? Indique como ela é abordada.

Considere o caso da reação de oxidaç constituinte da ão do ferro metáli ferrugem. co (Fe),

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Formação de ferruge m

A pintura feita por Rafael (1483-1520), como é conhecido no Brasil, tem como diversos pensadores gregos.

em um sistema em equilíbrio

no qual as concentrações de

N O (g) ê 2 NO2(g) e a constante

H2(g) e

de equilíbrio igual a 4,0 ? 10

H3O+ (Íon hidrônio)

OH_ (Íon hidróxido)

Reação do equilíbrio de autoionização da água. As esferas correspondem aos átomos; em vermelho , os de oxigênio e em branco, os de hidrogênio (imagem sem escala; cores fantasia).

Bile Café Leite Água de torneira Ovo

Faixa de pH a 25 °C De 1,6 a 1,8 De 5,5 a 7,5

De 6,2 a 7,4 De 7,35 a 7,45 De 7,8 a 8,6 De 2,8 a 3,4

bus Peixe tetra negro (Gymnocorym ternetzi).

UNIDADE

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REFLITA

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Propostas de questionamentos que ajudam na reflexão inicial dos conceitos.

Alguns indicadores de pH são feitos com determinadas substânc ias que, ao entrar em contato com a solução, adquirem padrões de coloração específicos para cada faixa de pH.

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ESPAÇOS DE APRENDIZAGEM

FORMAÇÃO CiDADÃ

Antibióticos e reagentes limitantes

Sugestões de vídeos, textos, podcasts, livros, sites, entre outros, que ampliam o conhecimento sobre os assuntos estudados.

Antibióticos são substâncias utilizadas no tratamento de infecções bacterianas. Esses medicamentos devem ser administrados seguindo instruções médicas, pois o uso incorreto deles pode causar sérios problemas. Os três erros cometidos com maior frequência são: uso desnecessário para tratar infecções não bacterianas; uso de doses menores do que a necessária; e uso por tempo menor do que o prescrito pelo médico. Embora nos processos biológicos os mecanismos sejam mais complexos do que os envolvidos nas reações químicas individuais, os dois últimos erros citados podem ser analisados levando-se em conta o conceito de reagente limitante. Nesses casos, as bactérias que não são eliminadas (como se fossem o reagente em excesso de uma reação química) continuam vivas e multiplicam-se, fazendo com que os sintomas voltem a aparecer. Em alguns casos, isso faz com que as bactérias desenvolvam alguma resistência ao medicamento. Por isso, é fundamental não utilizar antibióticos sem indicação médica, usar a dose correta e nos horários determinados e não parar o tratamento antes do recomendado, mesmo que os sintomas já tenham desaparecido.

Efeito de um antibiótico sobre a bactéria Staphylococcus aureus. À esquerda, estão os restos de uma bactéria destruída por lise (ruptura) após exposição ao antibiótico. A bactéria à direita não sofreu efeito do antibiótico e está em processo de divisão (imagem de micrografia eletrônica, aumento aproximado de 43 mil vezes; colorida artificialmente).

FORMAÇÃO CIDADÃ

Explora assuntos que visam ao desenvolvimento de uma visão mais ampla de questões cotidianas relacionadas aos conhecimentos apresentados.

AT¡v¡DaDeS

Não escreva no livro.

1. Como o conceito de reagente limitante se aplica ao uso inadequado de antibióticos e quais são as consequências para a saúde pública quando esse erro ocorre com frequência?

2. De que modo o uso incorreto de antibióticos pode afetar não apenas o indivíduo que faz

o tratamento mas também a comunidade em que ele vive? Como a escola pode atuar na prevenção desse problema?

3. Como seria possível utilizar ferramentas de pensamento computacional, como simulações ou algoritmos, para modelar o impacto do uso incorreto de antibióticos em uma comunidade ao longo do tempo? O que se poderia aprender com isso?

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Traz notas para recordar ou conhecer informações sobre termos específicos para que se possa entender melhor o que está sendo apresentado.

hidróxido de sódio 1 vídeo (6 min). Publicado em mesma concentra pelo Portal de videoaula ção: pHmetro. São Paulo: eaulas.usp.br/portal/video? s e-Aulas da Universid ade de São Paulo. Disponíve USP, 2019. idItem=23926. Acesso em: 3 out. 2024. • Este texto apresent l em: https:// a os sistemas-tampão, equilíbrios químicos causadas por uma que têm a proprieda diluição ou pela adição de de resistir a variações de ácidos ou bases. FIORUCCI, Antonio de pH Rogério; solução tampão. Química SOARES, Márlon Herbert Flora Barbosa; CAVALHEIRO, Éder Nova na Escola, [s. Tadeu Gomes. O conceito online/qnesc13/v13 l.], n. 13, p. 18-21, maio a04.pdf. Acesso em: de 2001. Disponível em: 3 out. 2024. http://qnesc.sbq.org.br/

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Questões que oportunizam retomar os conteúdos apresentados.

abandonados em via pública.

SOBRE

• A titulação é uma técnica de laboratór io utilizada para determin cia. O vídeo a seguir ar a concentração desconhe apresenta uma titulação de ácido clorídrico TITULAÇÃO de ácido com hidróxido de sódio. cida de uma substânclorídrico com

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em veículos antigos

13/11/2024

De 4,8 a 5,2 De 6,3 a 6,6 De 6,5 a 8,0 De 7,6 a 8,0

Fonte: SACKHEIM, George I.; LEHMAN, Dennis ciências biomédic as. 8. ed. Barueri: Manole, D. Química e bioquímica para 2001. p. 203. ESPAÇOS DE APRENDiZAG EM

REALITYEXPLORER/ SHUTTERSTOCK.COM

Saliva Sangue Suco de limão

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ATIVIDADES

Urina

BOBAN_NZ/SHUTTERSTOCK.COM

tetra onde vivem peixes chamados com um ambiente com pH entre Esses peixes estão acostumados broele utilizou o indicador azul de 6,0 e 7,0. Na amostra da água, de cor a depender do pH da solumotimol, substância que muda em pH ácido, começa a mudar ção. Ela tem cor amarelo intenso a 7,6 (chamada de intervalo de 6,0 de pH de faixa de cor em uma até um azul-escuro em pH básico. viragem) e passa por um verde amostra ficou azulada, qual oriena) Considerando que a cor da o aquarista? tação você apresentaria para de (0 a 14), apresente as faixas b) Analisando a escala de pH apresentadas: amarelo, verde valores de pH para as cores e azul.

H2O

Suco gástrico

Fonte: dados fictícios.

8. Um aquarista realizou um teste denegro (Gymnocorymbus ternetzi).

Solução ou fluido

pH em um dos seus aquários

Atualmente, a escala de pH se aplica a uma vasta gama variações nos process de processos. Por os de medição e nas causa das possíve condições do equilíbr de OH_ não devem is io químico, as concent ser associadas a um rações de H + e único valor da escala, e sim a faixas de valores de pH. Faixas de pH de alguns materiais

catalisador.

Não é apenas a água pura que pode ser neutra. Se as concent forem 82iguais, o pH será 7. Apesar rações de H+ e OH_ de os valores de pH em qualquer solução maiores do que 14, e pOH poderem atingir essas situações não magnitudes negativa são comuns. Por nesse intervalo que s ou isso, a escala de pH se encontram a grande varia de 0 até 14, maioria das soluçõe pois é Vale destacar que s naturais ou prepara a espécie química das em laboratório. íon hidrogênio H + porque ela se associa dificilmente existe a moléculas de água, em solução aquosa formando íons hidrôni , o (H3O+).

H2O

ORACICART

Concentração (mol/L)

VINÍCIUS FIORATTI

2 4 o de dióxido 2. Considere a reação em equilíbrio sabendo que a concentraçã o do tetróxido de dinitrogênio,

Calcule o valor de concentraçã de nitrogênio é igual a: b) 0,500 mol/L. a) 1,00 mol/L. a seguir. Em que sentido o equilíbrio representadas pelas equações 3. Considere as reações em equilíbrio Justifique cada caso. do sistema for aumentada? será deslocado se a pressão c) 2 SO2(g) + O2(g) ê 2 SO3(g) b) H2(g) + Cl2(g) ê 2 HCl(g) I(g) 2 a) I2(g) ê pela equação. descrito equilíbrio o Considere 4. 2 SO2(g) + O2(g) ê 2 SO3(g) é s, defina se a reação direta de equilíbrio a diferentes temperatura Dados os valores de constante e justifique. endotérmica ou exotérmica Valores de Kc Temperatura 25 9,9 ? 10 300 K 12 1,0 ? 10 400 K 6 1,7 ? 10 500 K o de 0,10 mol/L ácido clorídrico com concentraçã pH e pOH de uma solução de de valores os são Quais 5. com a mesma concentração? e de uma solução de ácido acético de Le Châtelier para a indústria. princípio do apresentando a importância 6. Em seu caderno, elabore um texto a seguir. Em seguida, respon[C] 7. Considere o gráfico apresentado da ao que se pede. com a concentração dos reagena) Descreva o que acontece [A ] tempo. tes e do produto ao longo do representação gráfica da con[B ] b) Em seu caderno, faça uma qual no tempo, em função do centração das substâncias Tempo acontece após adição de um seja possível observar o que

ferro(III) (Fe O 2 3),

CNRI/SCIENCE PHOTO LIBRARY/FOTOARENA

Br2(g) são iguais a 0,100 mol/L?

SOBRE

explicar a constituição da Por quase 2 mil anos, a teoria dos quatro elementos foi utilizada para se sabe atualmente, está assomatéria e suas transformações. Sua origem, de acordo com o que a.C.), que considerava a ciada ao filósofo e matemático Tales de Mileto (c. 624-620 a.C.-c. 548-545 Universo, sendo primordial para água como o princípio da matéria que permitia o desenvolvimento do filósofo Anaxímenes de Mileto a vida. Assumia também que dela viriam a terra, o fogo e o ar. Já o o ar. O filósofo Heráclito de Éfeso (588 a.C.-524 a.C.) considerava que o princípio básico do Universo era transformação, cujo constante em estava mundo o que ponderava vez, sua (c. 540 a.C.-c. 470 a.C.), por a.C.) pensava que a diveragente seria o fogo. Por fim, o filósofo Xenófanes de Cólofon (570 a.C.-475 terra. sidade dos materiais seria mera aparência e que sua essência viria da

UNIDADE

AT¡v¡DaDeS

tema central a Filosofia e ilustra

A teoria dos quatro elementos

4 1. Qual é a concentração de HBr(g)

originando o óxido de

(g) H 2 Fe O (s)

Cabe mencionar que a formação de ferrugem é complexo do que um processo muito o descrito nessa mais equação, pois, nas quais se dá em razão das o fenômeno, diferen condições tes substâncias No entanto, é comum consid podem ser forma erar a ferrugem Uma semirreação das. (Fe2O3) ou, mais como apenas precisamente, óxido de ferro(I é uma equação o óxido de ferro(I II) Em reações desse que II) hidrat ado (Fe2O ? n tipo, acontecem descreve apenas H2O). 3 oxigênio. Acomp mudanças nos o anhe o que aconte átomos de ferro processo de oxidaç e de ce com os átomo representado ão da seguinte forma s de ferro, que ou de redução. pode ser . Quando semirre ações Fe 0 H Fe 3+ + _ 3e eletroquímicas De acordo com essa equação, os átomos de Note que a carga são apresentadas ferro transferem , do átomo de ferro elétrons. passou de 0 para os elétrons são átomo de ferro 3+, indicando transferiu três que cada elétrons. Quand representados química transf o um átomo ou ere elétrons, o uma espécie processo é chama como e _, o que Se, em uma reação não do de oxidação. , o ferro significa que eles está química deve transferindo elétro recebê-los. No ns, outra espéc estejam livres no caso da oxidaç ie oxigênio, confor ão do ferro, são os me representado meio reacional. átomos de a seguir. Sua presença na equaçã O20 + 4 e _ H 2 2_ o O De acordo com indica apenas que essa equação, os átomos de elétrons. Note uma espécie químic oxigênio estão que a carga do a recebendo átomo de oxigên transferiu ou recebe cando que cada io passou de 0 átomo de oxigên u para 2_, indiio recebeu dois elétrons. ou uma espéci elétrons. Quand e química recebe o um átomo elétrons, o proces e essas duas equaç so é chamado ões são chama de redução, das de semirreaçõe s.

SANZIO, Raffaello. Escola de Atenas. [1510 ou 1511]. Afresco, 500 cm x 770 cm.

Não escreva no livro.

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MUSEUS E GALERIAS DO VATICANO, CIDADE DO VATICANO, ITÁLIA

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4 Fe(s) + 3 O

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No século VII a.C., filósofos gregos já indagavam sobre a origem, a natuAlguns reza e as transformações daquilo que eles entendiam por matéria. deles deixaram ideias da constituição da matéria que perduraram por séculos, entre as quais se destacam duas principais: a teoria dos quatro elementos

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UNIDADE

Não

REfliTA

Ideias iniciais sobre a constituição da matéria

207

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1. (UFBA) Em relação aos aspectos energéticos envolvidos nas transformações químicas, pode-se afirmar:

octano

C8H18

114

5.471

a) a queima da parafina de uma vela exemplifica um processo endotérmico. b) a vaporização da água de uma piscina pela ação da luz solar exemplifica um processo endotérmico. c) a combustão do álcool hidratado em motores de automóveis exemplifica um processo endotérmico. d) a formação de um iceberg a partir da água do mar exemplifica um processo endotérmico. e) o valor de DH de uma transformação depende exclusivamente do estado físico dos reagentes.

d) A entalpia dos produtos é maior que a dos reagentes.

Tema 20 – Entalpia e lei de Hess

3. (Enem/MEC) O aproveitamento de resíduos flo-

restais vem se tornando cada dia mais atrativo, pois eles são uma fonte renovável de energia. A figura representa a queima de um bio-óleo extraído do resíduo de madeira, sendo DH1 a variação de entalpia devido à queima de 1 g desse bio-óleo, resultando em gás carbônico e água líquida, e DH2 a variação de entalpia envolvida na conversão de 1 g de água no estado gasoso para o estado líquido.

ORACICART

DH Hp

Caminho da reação

a) O gráfico representa uma reação endotérmica. b) O gráfico representa uma reação exotérmica.

c) Temperatura, superfície de contato e catalisadores. d) Superfície de contato, temperatura e concentração. e) Temperatura, concentração e catalisadores.

Tema 22 – Catálise

d) gás natural, GLP e gasolina. e) GLP, gás natural e gasolina.

Entalpia (kJ)

Tema 21 – Cinética química

a) _106.

c) _82,0.

b) _94,0.

d) _21,2.

e) _16,4.

estufa tem-se intensificado de maneira preocupante, sendo esse efeito muitas vezes atribuído à intensa liberação de CO2 durante a queima de combustíveis fósseis para geração de energia. O quadro traz as entalpias-padrão de combustão a 25 °C (DH) do metano, do butano e do octano.

1. A maioria dos produtos alimentícios se conserva por muito mais tempo quando submetidos à refrigeração. Esse procedimento diminui a rapidez das reações que contribuem para a degradação de certos alimentos.

–10

A+B

C+D Coordenada da reação

Com base no diagrama, no sentido direto da reação, conclui-se que a:

espontânea se ocorre sem que Uma reação química é chamada sobre o sistema, como a energia haja um agente externo atuando Assim que uma reação química elétrica ou uma fonte de calor. até que os reagentes, ou um espontânea inicia, ela continua . deles, sejam totalmente consumidos é a oxidação Um exemplo de reação espontânea uma maçã cortada das frutas. Quando se expõe a escurecer por ao ar, por exemplo, ela começa entre as subscausa de uma reação química do ar. oxigênio o e tâncias presentes na fruta

b) energia de ativação da reação com o catalisador é igual a 40 kJ. c) reação é endotérmica. d) variação de entalpia da reação é igual a _30 kJ.

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Respostas e comentários estão disponíveis nas Orientações para o professor.

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Mar Negro

IMPÉRIO OTOMANO

GRÉCIA

Sicília M

Chipre

Creta

Não escreva no

• Como você pode cular, o que foi

livro.

explicar, do ponto de vista atômic o-moleobservado?

132

UNIDADE

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Apresenta assuntos que aprofundam ou complementam os conteúdos apresentados no Tema.

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OFICINA CIENTÍFICA Apresenta atividades práticas relacionadas com os conceitos estudados no Tema.

ÁSIA

NORUEGA

Agora, faça o que se pede em cada item.

IRLANDA

1. O uso de armas químicas é alvo de

OCEANO ATLÂNTICO

FRANÇA

SUÍÇA

nwich

Mar Tirreno Sicília

ORGAN¡ZANDO AS ¡De¡AS

BULGÁRIA

ALBÂNIA

Mar Negro

GRÉCIA

TURQUIA

Senso comum

i t a neutralização dos gases tóxicos e Chipre r r â n e Creta ÁFRICA 0 475 o durante a Grande Guerra. As mo0° léculas dos gases, como a amônia (NH3), são capturadas e retidas na superfície porosa do carvão. Em alguns casos específicos, pode ocorrer a neutralização das substâncias tóxicas por meio da oxidação na presença de permanganato de potássio. Com base no que foi apresentado, identifique e explique o que pode ser classificado como fenômeno químico e como fenômeno físico.

Meridiano

Analise o esquema a seguir, que apresenta e relaciona os principais conceitos estudados nesta Unidade.

ROMÊNIA

o ic

M a r

IUGOSLÁVIA

át

Baleares

ITÁLIA

ri Ad

Córsega Sardenha

UNIÃO SOVIÉTICA

OSLOV ÁQUIA

2. O carvão ativado foi fundamental para

ESPANHA

Não escreva no livro.

LETÔNIA

LITUÂNIA

POLÔNIA

TCHEC

ÁUSTRIA HUNGRIA

N PORTUGAL

ESTÔNIA

ALEMANHA

LUXEMBURGO

de Gree

40°

DINAMARCA

PAÍSES BAIXOS

BÉLGICA

FINLÂNDIA

SUÉCIA

Mar do Norte REINO UNIDO

debates políticos e científicos desde a sua utilização na Grande Guerra. Qual é o seu entendimento a respeito disso? Reflita sobre o assunto e escreva um texto no caderno acerca do uso de armas químicas e da participação de cientistas nesse processo.

Elaborados com base em: (A) EDEN, Becky L. Europe before World War One (1914) [Europa antes da Primeira Guerra Mundial (1914)]. [Tempe]: Arizona Geographic Alliance, [c2024]. Disponível em: https://geoalliance.asu.edu/sites/ default/files/maps/EU_BeforeWW1.pdf. (B) EDEN, Becky L. Europe after World War One (1918) [Europa depois da Primeira Guerra Mundial (1918)]. [Tempe]: Arizona Geographic Alliance, [c2024]. Disponível em: https://geoalliance.asu. edu/sites/default/files/maps/EU_AfterWW1.pdf. Acessos em: 19 out. 2024.

Europa: pós-Primeira Guerra Mundial

Não escreva no livro.

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(sal de cozinha).

SELMA CAPARROZ

ALBÂNIA

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Mar Tirreno

ÁFRICA

475

AT¡v¡DaDe

ALGO A+

SELMA CAPARROZ

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ROMÊNIA d BÓSNIA ITÁLIA riát SÉRVIA ic o MONTENEGRO BULGÁRIA

Córsega Sardenha

Procedimentos

• Coloque água até a metade do copo e acresc pequena de cloreto ente uma colher de sódio. • Agite até a comple ta dissolução do sal, isto é, não fique mais até que o sólido visível e o resulta do seja um materi • Acrescente mais al homogêneo. uma colher de sal e agite até homogêneo novam obter um materi ente. al • Repita o proced imento até que parte do sal não mais. Certifique-se se dissolva de que esse ponto a mistura por foi alcanç ado, agitando alguns minuto s. • Após garant ir que a mistur a chegou ao limite sal que pode ser da quantidade dissolvida, acresc de ente água até do volume do completar 3/4 copo. • Agite novam ente para conseg uir a dissolução completa do sal. • Coloque um pouco dessa mistur a em um prato um lugar com e reserve-o em pouca circulação de pessoas e fora crianças e anima do alcance de is de estimação. • Deixe o prato nesse lugar por alguns dias e observ o que acontece e diariamente até toda a água evaporar.

IMPÉRIO RUSSO

B ál

ESPANHA Baleares

álti

PORTUGAL

IMPÉRIO AUSTRO-HÚNGARO

SUÍÇA

FRANÇA

JOHN GOMEZ/SHUTTERSTOCK.COM

40°

IMPÉRIO ALEMÃO

M ar

A Primeira Guerra Mundial, conhecida como Grande Guerra, durou quatro anos, de 1914 a 1918. Esse conflito teve um impacto significativo na história, pois mais de 16 milhões de pessoas perderam a vida nos campos de batalha e mais de 21 milhões de pessoas ficaram feridas, incluindo civis. Como a Química esteve presente nesse conflito? Cientistas envolvidos na batalha desenvolveram armas químicas, na forma de gases tóxicos, para serem utilizadas contra seus adversários. Essas armas tiveram tamanho impacto e influência que a Primeira Guerra Mundial ficou conhecida como a guerra dos químicos. Segundo registros históricos, uma das primeiras substâncias tóxicas utilizadas foi o gás lacrimogêneo (brometo de xilila, C8H9Br), na Batalha de Bolimov, Varsóvia (Polônia), em janeiro de 1915. O gás não foi tão eficaz, pois se espalhava lentamente pelo ar e congelava em razão do frio intenso. Outros gases também foram utilizados: o gás cloro (Cl2), na Segunda Batalha de Ypres, na Bélgica, em abril de 1915, em um evento que marcou a primeira grande utilização de armas químicas na guerra; e o gás mostarda, em 1917, que causa efeitos graves no corpo humano, como queimaduras na pele e nos olhos e danos aos pulmões. Outros gases tóxicos, como fosgênio (COCl2) e difosgênio (C2Cl4O2), também foram utilizados durante a guerra. A Química não foi usada apenas em medidas ofensivas, uma vez que cientistas também desenvolveram contramedidas defensivas para neutralizar os efeitos desses gases. No início, os soldados tentavam se proteger apenas com um lenço no rosto. Mas, com o desenvolvimento das máscaras antigás, passaram a utilizá-las nos campos de batalha ao longo da guerra. Cientistas desenvolveram os filtros das máscaras que utilizavam carvão ativado (C), para a absorção de cloro fosgênio, e substâncias como o hipossulfito de sódio (Na2S3O4) para neutralizar gases irritantes. O uso de armas químicas não foi o que definiu o lado ganhador nessa guerra, mas causou um alto número de óbitos e influenciou o uso da Ciência nos conflitos políticos mundiais dali em diante. A Primeira Guerra Mundial não só reconfigurou o mapa político da Europa e do Oriente Médio mas também provocou profundas mudanças sociais e econômicas. As lições aprendidas e as marcas deixadas por ela continuam a influenciar a política e a cultura global até os dias de hoje.

DINAMARCA

na.

• Água. • Cloreto de sódio

11/11/2024 18:25

SUÉCIA

Mar do Norte

PAÍSES BAIXOS BÉLGICA

iais

9-LE-G26.indd 194

A guerra dos químicos

NORUEGA

nwic Gree o de

Meridian

REINO UNIDO

OCEANO ATLÂNTICO

Cristais de sal

• Copo. • Colher peque • Prato.

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Europa: antes da Primeira Guerra Mundial (1914) A

f¡Ca

Cavernas são bons lugares para observar cristai ao longo de anos, s formados décadas ou século s. Na natureza, sos ocorrem de esses procesforma muito lenta. No laboratório, acelerado, pois isso pode ser é possível ajusta r as condições Isso também com esse objetiv pode ser feito o. em casa utilizan do o sal de cozinh a. Mater

194

Questões que abordam e aprofundam os conteúdos apresentados ao longo da Unidade.

CIÊNCIAS HUMANAS E SOCIAIS APLICADAS

por O escurecimento das frutas ocorre causa de reações químicas espontâneas.

12/11/2024 15:53

ATIVIDADES COMPLEMENTARES

InTEGranDO COm...

Of¡C¡na C¡enT Registro do naufrágio do navio petroleiro Erika na França, em 1999.

A espontaneidade

a) energia de ativação da reação sem o catalisador é igual a 15 kJ.

3. Na preparação de iogurtes, adicionam-se ao leite bactérias produtoras de enzimas que aceleram as reações envolvendo açúcares e proteínas lácteas.

297

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rapidez das reações químicas. A seguir, destacam-se três exemplos no contexto da preparação e da conservação de alimentos:

2. Um procedimento muito comum utilizado em práticas de culinária é o corte dos alimentos para acelerar o seu cozimento, caso não se tenha uma panela de pressão.

4. (Enem/MEC) Nas últimas décadas, o efeito

1999, maltês Erika em dezembro de O naufrágio do navio petroleiro um dos piores desastres ambientais na costa oeste da França, causou pesado, mil toneladas de óleo combustível da Europa. Transportando 31 sua divisão tempestade que resultou em o navio enfrentou uma forte no mar. Esse 20 mil toneladas de petróleo ao meio, despejando cerca de e a poluição marinhas aves de milhares de derramamento causou a morte duradouros na francesa, além de impactos de mais de 400 km da costa fauna e flora locais. placas de naufrágio foi a corrosão das Uma das principais causas do revedo navio. Investigações posteriores aço que compunham o casco s áreas significativamente enfraquecida apresentava Erika o que laram em contato natural de degradação do metal pela ferrugem, um processo A umidade. à e sal ao pela exposição com o ambiente marinho, acelerado do navio, comprometenestrutura da críticas ferrugem corroeu partes do diretamente para o rompimento do sua integridade e contribuindo sobre s O incidente levantou preocupaçõe casco sob condições adversas. levando de embarcações mais antigas, a manutenção e a fiscalização especialção marítima na União Europeia, a mudanças na regulamenta transporte de substâncias perigosas. mente no que diz respeito ao

5. (Enem/MEC) Alguns fatores podem alterar a

ao enferrujamento e precisam Objetos de ferro estão sujeitos que não estraguem. de manutenção adequada para

O naufrágio do Erika

ções químicas, ocorrem variações de energia. A quantidade de energia envolvida está associada às características químicas dos reagentes consumidos e dos produtos que serão formados. O gráfico a seguir representa um diagrama de variação de energia de uma reação química hipotética em que a mistura dos reagentes A e B levam à formação dos produtos C e D.

c) gasolina, gás natural e GLP.

ocorre em diferentes é a formação da ferrugem, que Um exemplo de reação lenta do meio em que se varia de acordo com as condições etapas. A duração dessas etapas a reação ocorra é a água, componente essencial para que encontra o objeto de ferro. Um comum encontrar objetos por exemplo. Por isso, é mais na forma de umidade do ar, úmidos, como em regiões litorâneas. enferrujados em locais muito

AlGO A

6. (UEG-GO) Durante a manifestação das rea-

b) gás natural, gasolina e GLP.

A variação de entalpia, em kJ, para a queima de 5 g desse bio-óleo resultando em CO2 (gasoso) e H2O (gasoso) é:

b) Concentração, superfície de contato e catalisadores.

a) gasolina, GLP e gás natural.

a manipular o fogo para cozinhar seus alimentos e se aquecer, o homem vem percebendo sua dependência cada vez maior das várias formas de energia. Existem reações químicas que ocorrem com liberação ou absorção de energia, sob a forma de calor, denominadas, respectivamente, como exotérmicas e endotérmicas. Observe o gráfico a seguir e assinale a alternativa correta:

a) Temperatura, superfície de contato e concentração.

À medida que aumenta a consciência sobre os impactos ambientais relacionados ao uso da energia, cresce a importância de se criar políticas de incentivo ao uso de combustíveis mais eficientes. Nesse sentido, considerando-se que o metano, o butano e octano sejam representativos do gás natural, do gás liquefeito de petróleo (GLP) e da gasolina, respectivamente, então, a partir dos dados fornecidos, é possível concluir que, do ponto de vista da quantidade de calor obtido por mol de CO2 gerado, a ordem crescente desses três combustíveis é

e) A variação de entalpia é maior que zero.

2. (UFRRJ) Desde a pré-história, quando aprendeu

Entalpia (H)

K.COM

2.878

OLEXANDR TARANUKHIN /SHUTTERSTOCK.COM/SH UTTERSTOC

890

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C4H10

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CH4

butano

Composto

M JUAN NEL/SHUTTERSTOCK.CO

Massa molar

metano

c) A entalpia dos reagentes é igual à dos produtos.

ENEM

Tema 19 – Química e energia

Com base no texto, quais são os fatores que influenciam a rapidez das transformações químicas relacionadas aos exemplos 1, 2 e 3, respectivamente?

Fórmula Molecular

Não escreva no livro

Respostas e comentários estão disponíveis nas Orientações para o professor.

ORACICART

UNIDADE

AT¡v¡DADeS COMPleMeNTAReS

Formas de conhecimento

ÁSIA

Conhecimento filosófico Conhecimento científico

Ciências da Natureza

3. Você conhece a expressão ética científica? Faça uma pesquisa e, com suas próprias palavras, escreva no caderno uma definição para ela.

Química

4. Você sabe o que é uma convenção? a) Pesquise e registre o significado dessa palavra.

Vista aérea de soldados alemães utilizando gás tóxico durante a Primeira Guerra Mundial, em 1916.

ORGANIZANDO AS IDEIAS

5. Releia sua resposta para a atividade 1. Diante das pesquisas realizadas até aqui, você ainda pensa da

mesma forma? Refaça o texto no caderno incluindo informações que você aprendeu durante as pesquisas.

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13/11/2024 06:13

INTEGRANDO COM...

Trata de assuntos contemporâneos que relacionam a Química a outros componentes curriculares ou áreas de conhecimento.

Propriedades e grandezas

Apresenta a sintetização dos principais conceitos desenvolvidos na Unidade.

Substâncias e materiais

Comprimento

Física

Transformações

Classificação dos materiais

Transformações químicas

Volume Estados físicos Massa Densidade

Separação de substâncias

Leis ponderais Lei da conservação das massas

Pressão Temperatura

Por tamanho de partículas Por diferença de densidade Por diferença de solubilidade

Imagens ilustrativas sem escala e em cores fantasia.

Lei das proporções definidas Lei das proporções múltiplas Lei das proporções volumétricas

Por diferença de temperatura de mudança de estado físico

ALEX ARGOZINO

b) Pesquise a Convenção sobre a Proibição de Armas Químicas (CPAQ), que começou a vigorar em 1997, e liste algumas ações que podem ser realizadas para que ela seja cumprida e alguns países que a apoiam.

Biologia

Não escreva no livro.

A relação entre os conceitos é uma característica do conhecimento formal, científico e escolar. Aqui, apresenta-se uma síntese esquemática dos principais conceitos trabalhados nesta Unidade. No caderno, elabore seu próprio esquema, organizando os principais conceitos da Unidade, incluindo nele outros termos e outras ideias que se relacionam ao que foi estudado e realizando as associações que considerar importantes. Por fim, elabore um pequeno texto conectando os conceitos e as ideias presentes no esquema. Essa é uma boa forma de estudar e compreender melhor os conceitos.

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08/11/2024 13:21

OBjETOS EDUCACIONAIS DIGITAIS

Os ícones a seguir identificam os diferentes tipos de objetos educacionais digitais presentes nesta obra. Esses materiais digitais apresentam assuntos complementares ao conteúdo trabalhado na obra, ampliando a aprendizagem.

VÍDEO

PODCAST

INFOGRÁFICO CLICÁVEL

CARROSSEL DE IMAGENS

MAPA CLICÁVEL

Os sites indicados nesta obra podem apresentar imagens e eventuais textos publicitários junto ao conteúdo de referência, os quais não condizem com o objetivo didático da coleção. Não há controle sobre esses conteúdos, pois eles estão estritamente relacionados ao histórico de pesquisa de cada usuário e à dinâmica dos meios digitais.

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13/11/2024 22:40

SUMÁRIO UNiDADE

Química: a Ciência dos materiais e de suas transformações.................................10

TEMA 1 O que é Ciência? �� 12 Diferenciando conhecimentos �� 13 O conhecimento científico �� 14 Como cientistas divulgam seus trabalhos? �� 18 ◗ Atividades �� 21 TEMA 2 Química: Ciência da Natureza �� 22 Por que estudar Química? ��22 ◗ Algo A+ Um famoso analgésico ��23 ◗ Formação cidadã Ciências e cidadania ��24 A origem da Química ��25 A alquimia ��25 ◗ Algo A+ A destilação: possíveis origens �� 27 A revolução científica ��29 Enfim, Química! ��31 A teoria do flogisto e o legado de Lavoisier �� 31 Níveis de abordagem da Química ��33 ◗ Atividades �� 34 TEMA 3 Materiais ��35 O uso de materiais ��35 Propriedades e grandezas �� 37 Comprimento �� 38 Volume �� 39 Massa �� 40 Densidade �� 40 Pressão �� 41 Temperatura �� 41 ◗ Atividades �� 42 TEMA 4 Caracterizar e separar substâncias �� 43 Substâncias e materiais �� 43 Classificação dos materiais �� 43 Estados físicos da matéria �� 45 ◗ Algo A+ O que é plasma? �� 45 Mudanças de estado físico �� 46 ◗ Formação cidadã Cuidados com o álcool etílico �� 48 Separando substâncias �� 49 Separação por diferença de tamanho de partícula �� 49

◗ Algo A+ Filtros de ar ��50

Separação por diferença de densidade �� 51 Separação por diferença de temperatura de mudança de estado físico ��53 Separação por diferença de solubilidade �� 54 Técnicas avançadas de separação de substâncias ��55

◗ Atividades �� 56

TEMA 5 Transformações da matéria �� 57 Transformações físicas e químicas �� 58 ◗ Algo A+ A Ciência para a qualidade do café �� 59 Indústria química e sustentabilidade �� 60

◗ Formação cidadã A Química para

uma economia global sustentável �� 61 Reação química e reatividade �� 63 Equações químicas �� 64 ◗ Atividades �� 65

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TEMA 6 Leis ponderais �� 66 Lei da conservação das massas �� 67 Marie-Anne Lavoisier e a campanha pela nova Química �� 68

Lei das proporções definidas �� 69 Lei das proporções múltiplas �� 70 Lei das proporções volumétricas �� 70 ◗ Atividades �� 71 ◗ Organizando as ideias �� 72 ◗ Atividades complementares �� 73

◗ Integrando com Ciências Humanas

e Sociais Aplicadas A guerra dos químicos ��76 UNiDADE

Constituição química da matéria............................................... 78

TEMA 7 Modelando os átomos �� 80 O que são modelos �� 80

◗ Oficina científica Como é possível

descrever o que não pode ser observado? ��82 Ideias iniciais sobre a constituição da matéria �� 83 A teoria dos quatro elementos �� 83 O atomismo grego �� 84 Um outro atomismo �� 85 Modelo atômico de Dalton �� 86 Os átomos e suas representações �� 87 O átomo é indivisível? �� 88 O tubo de Crookes �� 88 A descoberta do elétron �� 90 Modelo atômico de Thomson �� 91 ◗ Atividades �� 91

TEMA 8 Do modelo de Rutherford ao modelo quântico �� 92 O trabalho de Rutherford �� 92 Modelo atômico de Rutherford �� 94 O átomo quântico �� 95 Modelo atômico de Bohr �� 96 A composição do núcleo atômico ��97 ◗ Atividades �� 99 TEMA 9 Tabela periódica �� 100 Breve histórico do conceito de elemento químico �� 101 Organização dos elementos ��103

◗ Algo A+ Alcindo Cabral e a classificação

periódica dos elementos �� 105 As sistematizações de Meyer e Mendeleev �� 105 A contribuição de Moseley �� 108

Tabela periódica dos elementos �� 109 Entendendo e utilizando a tabela periódica ��110 Propriedades periódicas �� 112 ◗ Formação cidadã A tabela periódica e a literatura �� 116 ◗ Atividades �� 117 TEMA 10 Fundamentos da ligação química �� 118 As substâncias e os seus constituintes ��119 Breve histórico do conceito de ligação química �� 120 O conceito de valência �� 121

13/11/2024 22:40

◗ Algo A+ Elétrons de valência são observados pela

primeira vez �� 122

Regra do octeto �� 123 Estruturas de Lewis �� 124

Ligações químicas nos sais �� 124 Íons �� 125 Pares iônicos �� 126 ◗ Formação cidadã Sais de sódio na alimentação �� 128 Retículos cristalinos �� 130 ◗ Oficina científica Cristais de sal �� 132 ◗ Atividades �� 133 TEMA 11 Ligações covalentes e metálicas �� 134 Ligações químicas nas moléculas �� 134 Ligações covalentes �� 135 Geometria molecular �� 139 ◗ Oficina científica Geometria molecular utilizando balões �� 141 Ligações químicas nos metais �� 142 ◗ Algo A+ Formação de pepitas de ouro �� 143 Ligações metálicas �� 144 Ligas metálicas �� 145 ◗ Atividades �� 145 TEMA 12 Polaridade e interações �� 146 Distribuição de carga nas moléculas �� 146 O fator eletronegatividade �� 147 O fator geometria molecular �� 148 As interações moleculares �� 148 Interações entre moléculas polares �� 149 ◗ Formação cidadã A tensão superficial da água �� 150 Interações entre moléculas apolares �� 151 Interações entre moléculas polares e apolares �� 151 Influência das interações nas mudanças de estado físico �� 152 ◗ Atividades �� 153 ◗ Organizando as ideias �� 154 ◗ Atividades complementares �� 155 ◗ Integrando com Arte A Química na impressão 3D �� 158 UNiDADE

Quantificando a matéria..... 160

TEMA 13 Medindo a matéria �� 162 Medindo quantidades de substâncias �� 162 Pesos relativos e equivalentes eletroquímicos �� 163 A importância de um padrão de peso atômico �� 165 Massa atômica e massa molecular � �� 167 Quantidade de matéria �� 168 Constante de Avogadro �� 169 Massa molar �� 169 ◗ Algo A+ Como identificar moléculas pela massa �� 171 Volume molar �� 171 ◗ Atividades ��172 TEMA 14 Compreendendo os gases �� 173 O início do estudo dos gases �� 175 As transformações gasosas �� 176 Lei de Boyle (transformação isotérmica) �� 176 ◗ Oficina científica Verificando a lei de Boyle �� 178 A primeira lei de Charles e Gay-Lussac (transformação isobárica) �� 179

◗ Algo A+ Quem formulou a “lei de Charles”? �� 180

A segunda lei de Charles e Gay-Lussac (transformação isovolumétrica) �� 181 A lei combinada dos gases �� 182

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Umidade relativa do ar �� 184 A interferência humana na atmosfera terrestre �� 186 Poluição atmosférica �� 186 Efeito estufa �� 187 A importância da camada de ozônio �� 188 ◗ Formação cidadã Protegendo a camada de ozônio �� 190 ◗ Atividades �� 192 TEMA 15 Aspectos qualitativos em reações químicas �� 193 Classificando as reações químicas �� 193 O tempo de reação �� 193 ◗ Algo A+ O naufrágio do Erika �� 194 A espontaneidade �� 194 A variação de energia na forma de calor �� 195 A reversibilidade �� 196 Evidências de reações químicas �� 196 Mudança de cor �� 197 Liberação de gás �� 197 Emissão de luz �� 198 Mudanças de temperatura �� 198 Formação de sólidos �� 199 ◗ Algo A+ Tratamento de piscinas �� 199 Formação de substâncias odorantes �� 199 ◗ Atividades �� 199 TEMA 16 Aspectos quantitativos das reações químicas �� 200 Representação das reações químicas �� 200

Estequiometria �� 202 Balanceamento de equações químicas �� 202 Cálculo das quantidades de reagentes nas reações ��204 Rendimento de reações químicas �� 205 Reagente limitante �� 205 ◗ Formação cidadã Antibióticos e reagentes limitantes �� 206 ◗ Algo A+ Otimização de resultados em processos �� 207 ◗ Atividades �� 207 TEMA 17 Materiais homogêneos ��208 Dispersões �� 209 Classificação das dispersões �� 210 Efeito Tyndall �� 212 ◗ Algo A+ Sob neblina, use a luz baixa �� 213 Soluções �� 214 Solubilidade �� 215 ◗ Algo A+ Polaridade e solubilidade �� 216 Classificação das soluções �� 216 ◗ Atividades �� 218 TEMA 18 Concentração das soluções e propriedades coligativas �� 219 O conceito de concentração �� 220 O solvente água �� 221 Concentração em massa �� 222 Concentração em quantidade de matéria �� 222 Título em massa e em volume �� 223 ◗ Algo A+ Graduação alcoólica �� 223 Concentração em ppm e ppb ��224

◗ Algo A+ Legislação brasileira sobre

o limite de chumbo em bebidas �� 225 Diluição �� 225 Propriedades coligativas �� 227 Pressão de vapor �� 227 ◗ Algo A+ Efeito crioscópico na produção de sorvetes �� 230

◗ Formação cidadã Como as propriedades

coligativas do leite atestam sua qualidade? �� 231

14/11/2024 22:41

Osmose �� 232

◗ Atividades �� 233 ◗ Organizando as ideias ��234 ◗ Atividades complementares �� 235 ◗ Integrando com Biologia Como os refrigerantes afetam a saúde? �� 238 UNiDADE

Moléculas em movimento...... 240

TEMA 19 Química e energia ��242 Introdução à Termoquímica ��243 ◗ Algo A+ Como funcionam agasalhos e cobertores? ��243 Representação de transformações exotérmicas e endotérmicas ��245

◗ Oficina científica Reações químicas

podem ser utilizadas para produzir calor? �� 247

Calorimetria �� 247 ◗ Algo A+ A verdade sobre as calorias ��249 Interpretando a capacidade térmica específica ��249

◗ Atividades �� 250

TEMA 20 Entalpia e lei de Hess �� 251 Entalpia �� 251 ◗ Formação cidadã A entalpia e a produção de alimentos �� 252 Entalpia de formação……… �� 253 Entalpia de ligação �� 254 Lei de Hess �� 256 ◗ Atividades �� 257 TEMA 21 Cinética química �� 258 Teoria das colisões �� 259 Teoria do estado de transição �� 260 Energia de ativação �� 261 O conceito de rapidez de reação �� 262 Representação gráfica da rapidez de reação �� 263 Fatores que alteram a rapidez de uma reação �� 264 ◗ Oficina científica Relógio de reação química �� 264

◗ Formação cidadã Conservantes alimentares:

retardando a degradação dos alimentos �� 267

◗ Atividades ��268

TEMA 22 Catálise ��269 As transformações e seus mecanismos �� 270 Lei da ação das massas �� 2 71 Catalisadores �� 272

◗ Formação cidadã Catalisadores para

a redução da poluição ambiental �� 273

Biocatalisadores �� 274

◗ Algo A+ Fermento químico ou

fermento biológico: qual escolher? �� 275

◗ Atividades �� 276 TEMA 23 Equilíbrio químico �� 277 Reversibilidade de reações ��277 Estado de equilíbrio �� 279 ◗ Formação cidadã A química no interior das cavernas �� 282 Constante de equilíbrio �� 283 ◗ Atividades �� 285 TEMA 24 Sistemas em equilíbrio ��286 Princípio de Le Châtelier �� 287 Variação da concentração �� 287 Variação da pressão ��288

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Variação da temperatura ��289 Presença de catalisadores ��289

Equilíbrio ácido-base �� 290 Calculando a acidez de um sistema �� 291

◗ Formação cidadã O equilíbrio químico

na formação da amônia ��294

◗ Atividades �� 295 ◗ Organizando as ideias ��296 ◗ Atividades complementares �� 297 ◗ Integrando com Biologia e Matemática Homeostase ácido-base �� 300 UNiDADE

Química Orgânica......................... 302

TEMA 25 Introdução à Química Orgânica ��304 O início da Química Orgânica ��304 Propriedades do átomo de carbono ��306 ◗ Algo A+ O urucum ��306 Representação das cadeias carbônicas �� 307 ◗ Atividades ��309 TEMA 26 Os hidrocarbonetos �� 310 Alcanos �� 311 Propriedades físico-químicas dos alcanos �� 312 Nomenclatura dos alcanos �� 313 ◗ Algo A+ Nomenclatura preferencial �� 315 Alcenos �� 315 Propriedades físico-químicas dos alcenos �� 316 Nomenclatura dos alcenos �� 316 Alcinos ��317 Propriedades físico-químicas dos alcinos �� 318 Nomenclatura dos alcinos �� 318 Alcadienos �� 319 Classificação dos alcadienos �� 319 Nomenclatura dos alcadienos �� 320 Hidrocarbonetos de cadeia fechada �� 320 Cicloalcanos e cicloalcenos �� 320 Hidrocarbonetos aromáticos �� 322 Benzeno �� 322 ◗ Algo A+ Kekulé e a estrutura do benzeno �� 323 ◗ Atividades ��324 TEMA 27 Grupos funcionais, funções nitrogenadas e haletos orgânicos �� 325 Grupos funcionais �� 326 Funções nitrogenadas �� 326 Aminas �� 327 ◗ Algo A+ As aminas e os maus odores �� 327 Amidas �� 328 Haletos orgânicos �� 330 ◗ Algo A+ Iodo e tireoide �� 331 ◗ Atividades �� 331 TEMA 28 Funções oxigenadas �� 332 As principais funções oxigenadas �� 332 Álcoois �� 333 Enóis ��334 Fenóis �� 335 Éteres �� 337 Aldeídos e cetonas �� 339 Ácidos carboxílicos ��340

14/11/2024 09:07

Ésteres �� 341

◗ Formação cidadã Sabões biodegradáveis ��342 ◗ Atividades ��343 TEMA 29 Isomeria �� 344 Isomeria plana ��344 Isomeria de função �� 345 Isomeria de cadeia �� 345 Isomeria de posição �� 346 Isomeria de compensação �� 346 Tautomeria �� 347 Isomeria espacial �� 347 Isomeria geométrica �� 347 ◗ Formação cidadã A Química na alimentação saudável �� 348 Isomeria óptica �� 351 ◗ Algo A+ A isomeria óptica e a atividade biológica �� 353 ◗ Atividades �� 353 TEMA 30 Polímeros ��354 Unidades constituintes �� 354 Materiais poliméricos �� 355 Estrutura de materiais poliméricos �� 356 Nomenclatura dos polímeros �� 356 Propriedades mecânicas dos polímeros �� 357

◗ Formação cidadã Chico Mendes e a luta pela

preservação de seringueiras nativas �� 359

Copolímeros ��360 Reações de polimerização �� 361 Reações de adição �� 362 Reações de condensação �� 362 ◗ Atividades �� 363 ◗ Organizando as ideias �� 364 ◗ Atividades complementares ��365

◗ Integrando com Biologia A Química Orgânica

e o tratamento de efluentes ��368 UNiDADE

A Química e a sociedade...... 370

TEMA 31 Funções inorgânicas �� 372 Óxidos �� 372 Óxidos iônicos �� 373 Óxidos moleculares �� 374

◗ Formação cidadã Monóxido de di-hidrogênio (DHMO):

uma substância tóxica? �� 375

◗ Algo A+ O que são volumes de água oxigenada? �� 376

Sais �� 376 Ácidos �� 378 Classificação dos ácidos quanto à força �� 380 Bases �� 380 Reação de neutralização �� 381 Hidretos �� 382 ◗ Atividades �� 382 TEMA 32 Eletroquímica �� 383 Origem dos estudos de Eletroquímica �� 383 Oxidação e redução �� 385 O número de oxidação �� 387 Balanceamento das reações de oxirredução ��388 Pilhas e baterias �� 390 Pilhas de Volta e de Daniell �� 391 Componentes de uma pilha �� 392 As pilhas e as baterias modernas �� 395 ◗ Formação cidadã Uso e descarte de pilhas e baterias �� 397 ◗ Atividades �� 400

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TEMA 33 Eletroquímica: processos eletrolíticos �� 401 Eletrólise ��402 Obtenção de alumínio e metais alcalinos �� 403 Galvanoplastia �� 404 Leis de Faraday �� 405 ◗ Algo A+ Como evitar a corrosão �� 406 ◗ Atividades �� 406 TEMA 34 Radioatividade �� 407 Modelos atômicos �� 408 Modelo atômico quântico �� 409 Estudos sobre a radioatividade �� 4 1 1 ◗ Algo A+ Materiais fosforescentes �� 413

◗ Formação cidadã Marya Salomea Sklodowska:

a mulher antes de Marie Curie �� 415 Emissão de partículas �� 416 Decaimento radioativo �� 417 ◗ Atividades �� 419

TEMA 35 Aplicações e implicações da radioatividade �� 420 Radioatividade no cotidiano �� 420 Medicina Nuclear �� 421 ◗ Algo A+ O melhor tratamento para o câncer é a prevenção �� 422 Combate à dengue �� 423 Aplicações tecnológicas �� 423 Energia nuclear ��425

◗ Formação cidadã O papel da energia nuclear na matriz

energética brasileira �� 427 Acidentes radiológicos ��428

◗ Atividades �� 429 TEMA 36 A Química e o ambiente ��430 A água �� 430 O ciclo da água �� 431 O solo �� 432 A atmosfera �� 433 Química e desenvolvimento sustentável ��435 Química Verde �� 435 ◗ Atividades �� 437 ◗ Organizando as ideias ��438 ◗ Atividades complementares ��439 ◗ Integrando com Física Sensores �� 442 Respostas das atividades de cálculo �� 444 Referências bibliográficas comentadas �� 446 OBJETOS EDUCACIONAIS DIGITAIS Carrossel de imagens – A Química e as profissões ��23 Infográfico clicável – Ciclo de vida do vidro �� 60 Mapa clicável – A Química na Primeira Guerra Mundial �� 77 Infográfico clicável – Mulheres e a tabela periódica �� 109 Podcast – Lítio: o ouro branco �� 113 Podcast – Impressão 3D de alimentos �� 159 Infográfico clicável – Efeito estufa e aquecimento global �� 186 Carrossel de imagens – Transformações exotérmicas e endotérmicas �� 246 Vídeo – A Química dos povos indígenas ��306 Vídeo – Mulheres e o Prêmio Nobel de Química �� 414 Podcast – Fármacos na água �� 431 Vídeo – Química verde e logística reversa ��435

13/11/2024 22:40

UNIDADE

QUÍMICA: A CIÊNCIA DOS MATERIAIS E DE SUAS TRANSFORMAÇÕES De modo geral, as pessoas costumam associar a Química a algo negativo, que pode causar danos à saúde e ao ambiente. No entanto, essa Ciência permite o desenvolvimento de processos e substâncias que beneficiam os seres vivos e o ambiente, como a reciclagem e os remédios, por exemplo. Ela também permite o entendimento de uma série de fenômenos que ocorrem no cotidiano, como a luz emitida por fogos de artifício. A imagem mostra um registro do Festival Folclórico de Parintins, no Amazonas, em que se observa o uso de fogos de artifício no carro alegórico.

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Não escreva no livro.

1. Como você explicaria a emissão de luz por fogos de artifício? 2. Que outros processos ou fenômenos do cotidiano podem ser compreendidos mediante o uso de conceitos da Química?

SANDRO PEREIRA/FOTOARENA

Respostas e comentários estão disponíveis nas Orientações para o professor.

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TEMA

O que é Ciência? Respostas e comentários deste Tema estão disponíveis nas Orientações para o professor.

GORGEV/SHUTTERSTOCK .COM

O planeta Terra fornece tudo o que as pessoas precisam para viver, mas é necessário saber enfrentar diferentes adversidades, como frio, calor, enchentes, secas, vulcões, raios e terremotos. Ao longo do tempo, a humanidade evoluiu à medida que desenvolveu uma melhor compreensão dos fenômenos naturais, adaptando-se, adquirindo novos hábitos e alterando as condições do ambiente para tornar os lugares em que vivia mais agradáveis e seguros.

Pessoas ao redor de uma fogueira. Um bom exemplo da capacidade de adaptação da humanidade foi a aprendizagem de domínio do fogo, o que possibilitou cozinhar alimentos, aquecer o ambiente e espantar predadores. Diversos conhecimentos resultaram da habilidade humana para analisar e aprender. Pode-se dizer que todas as pessoas são capazes de desenvolver algum tipo de conhecimento e que cada um desses tipos tem sua importância e relevância. As pessoas sabem várias coisas e, muitas vezes, especializam-se em algo por admiração ou necessidade profissional. Neste Tema, serão apresentados os tipos de conhecimento, caracterizando com mais profundidade o que se denomina de conhecimento científico.

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REfliTA

UNIDADE

Diferenciando conhecimentos

Não escreva no livro.

ROYAL ASTRONOMICAL SOCIETY/SCIENCE PHOTO LIBRARY/FOTOARENA

De modo geral, é possível separar o conhecimento em pelo menos três cate- 1 Sobre o que você sabe muito? gorias: o senso comum, o conhecimento filosófico e o conhecimento científico. O conhecimento adquirido intuitivamente por meio de interações com o 2 Qual é a utilidade desse conheambiente, por tentativa e erro, por observação e interpretação, é denominado cimento em sua senso comum. Ele costuma ser passado de geração em geração, recebendo o vida? nome de tradição, e possibilita o desenvolvimento de outros tipos de conhecimento, como o científico. A capacidade de dominar o fogo e de escolher o período adequado do ano para se plantar e colher cereais e frutas são exemplos de senso comum. Trata-se também de um conhecimento que pode fundamentar superstições e ditos populares, sendo, geralmente, superficial, subjetivo, desorganizado e incapaz de análise crítica. Além disso, o senso comum conduziu a equívocos em uma Ciência ainda não constituída e formalizada como a do século II. O nascer do sol, sempre de um mesmo lado, e o pôr do sol, de outro, levaram o matemático e astrônomo grego de Alexandria Cláudio Ptolomeu (c. 90 d.C.-168 d.C.) a considerar que o Sol girava em torno da Terra e a formalizar a teoria do geocentrismo. Essa explicação foi aceita por um longo tempo.

CELLARIUS, Andreas. Ptolemaicvm machina. In: CELLARIUS, Andreas. Harmonia macrocosmica: sev atlas universalis et novus, totius universi creati cosmographiam generalem, et novam exhibens. [S. l.: s. n.], 1708. p. 13.

Representação do modelo geocêntrico de Ptolomeu elaborada pelo matemático e cosmógrafo neerlandês-alemão Andreas Cellarius (c. 1596-1665). Já o conhecimento filosófico se fundamenta na razão, pois exige uma relação lógica entre enunciados, e é sistemático, por haver uma busca por representações coerentes e gerais da realidade abordada. No entanto, não se trata de um conhecimento passível de verificação, ou seja, os conceitos produzidos pela Filosofia não são suscetíveis à confirmação ou à refutação com base em dados produzidos por experimentos. Por esse motivo, não se pode dizer que há uma evolução do conhecimento filosófico; um sistema filosófico não se sobrepõe a outro, anulando-o ou confirmando-o.

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EVERETT COLLECTION/SHUTTERSTOCK

Alguns autores indicam que a Filosofia não é exatamente uma forma de conhecimento da realidade, mas um saber que avalia e estuda a natureza e os limites do conhecimento humano. Os filósofos gregos desenvolveram a Lógica e muitos usaram a Matemática para estudar problemas para os quais buscavam respostas, duas ferramentas fundamentais para o conhecimento científico. No entanto, a união entre teoria e experimentação, que possibilitou o desenvolvimento das Ciências experimentais, só aconteceu muito tempo depois. Hoje, questiona-se se a Filosofia teria mesmo nascido na Grécia antiga, mas é inegável a importância dos filósofos gregos para o conhecimento filosófico.

DAVID, Jacques-Louis. A morte de Sócrates. 1787. Óleo sobre tela, 129,5 cm x 196,2 cm.

Representação do filósofo ateniense Sócrates (c. 470 a.C.-399 a.C.) após julgamento e condenação por corromper a juventude com suas ideias e por não reconhecer os deuses oficiais do Estado grego. ESPAÇOS DE APRENDiZAGEM

• O texto a seguir discute a origem da Filosofia e faz um breve debate sobre a importância de compreender o princípio da produção filosófica. NOGUERA, Renato. Os gregos não inventaram a filosofia. Cult, São Paulo, 2 jul. 2016. Disponível em: https://revistacult.uol.com.br/home/os-gregos-nao-inventaram-filosofia/. Acesso em: 26 ago. 2024.

O conhecimento científico Não é possível afirmar com precisão onde e quando nasceu o que atualmente é denominado conhecimento científico, pois essa forma de conhecimento se desenvolveu por causa do trabalho de autores de muitas nacionalidades e contextos. Entretanto, diversos historiadores da Ciência costumam atribuir sua germinação ao racionalismo do filósofo e matemático francês René Descartes (1596-1650) e ao empirismo do matemático, físico, astrônomo e filósofo italiano Galileu Galilei (1564-1642) e do filósofo, político e escritor inglês Francis Bacon (1561-1626).

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UNIDADE

Na obra Novum organum: ou verdadeiras indicações acerca da interpretação da natureza, publicada em 1620, Bacon afirmou que o entendimento da natureza resultaria de uma estreita aliança entre a razão e a experimentação. Ou seja, o conhecimento se basearia na análise racional de resultados observáveis e reprodutíveis. Com essa publicação, ele ficou conhecido por introduzir o conceito de empirismo, teoria que considera que o conhecimento vem de experiências e vivências. Começou assim a ser constituído o conhecimento científico, sistematizado e racional, que se fundamenta na observação da realidade e na avaliação de hipóteses, por meio da experimentação e da mensuração precisa, para chegar a definições de leis e regras gerais e abrangentes. ESPAÇOS DE APRENDiZAGEM

• O texto a seguir traz alguns dados biográficos de Francis Bacon e introduz algumas de suas ideias. FRANCIS Bacon, de aluno rebelde a pai do empirismo filosófico e científico. National Geographic Portugal, Lisboa, 5 jun. 2023. Disponível em: https://www.nationalgeographic.pt/historia/francisbacon-aluno-rebelde-a-pai-do-empirismo-filosofico-e-cientifico_3354. Acesso em: 26 ago. 2024.

UNIVERSAL IMAGES GROUP VIA GETTY

Com o pensamento científico, busca-se explicar e compreender tudo que existe, desde o muito pequeno, como o átomo, ao infinitamente grande, como o Universo.

Como atividade extraclasse, solicitar aos estudantes que assistam a um vídeo introdutório à questão "o que é Ciência?", disponível em: https:// www.youtube.com/ watch?v=uvgSN0sq6zY (acesso em: 26 ago. 2024).

Galáxia Messier 63, que está a cerca de 25 milhões de anos-luz de distância da Terra, registrada pelo telescópio espacial Spitzer, em 2011, mostrando que o Universo é um imenso espaço a ser descoberto. Por muito tempo foi dito que esse conhecimento no qual se estrutura a Ciência buscava a verdade absoluta. Hoje, considera-se que a verdade é temporal e relativa, pois novos modos de acesso ao conhecimento podem mostrar que uma verdade aceita por muito tempo pode deixar de ser quando analisada de outra forma ou com base em novas informações.

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A Ciência é formada por vários campos que se distinguem pelos seus objetos de estudo. Em cada campo, a definição de leis e regras abrangentes necessita que pessoas especializadas as avalie e as teste. Só assim o conhecimento científico se desenvolve. Um novo conhecimento em determinado campo pode ser proposto por poucos, mas precisa ser avaliado e aceito por muitos. Cada um dos campos tem subdivisões. Por isso, muitas vezes, a Ciência é referida no plural. As Ciências Humanas e Sociais estudam a humanidade em seus diversos aspectos. São exemplos a Sociologia, a Filosofia, a Geografia e a História. Já as Ciências da Natureza são aquelas que têm por objeto de estudo a natureza, desde os aspectos mais fundamentais, como o átomo, aos aspectos mais gerais, como o Universo. São exemplos a Química, a Física e a Biologia. A Química, que é o foco neste livro, é a Ciência da Natureza que estuda os materiais, as substâncias e suas transformações.

Instituto de Química da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal (RN), 2022.

REPRODUÇÃO/UFRN REPRODUÇÃO/UFPA

Instituto de Filosofia e Ciências Humanas da Universidade Federal do Pará, Belém (PA), 2023.

As metodologias científicas As Ciências se caracterizam pelo uso de atividades e práticas sistemáticas, denominadas métodos científicos. Em outras palavras, não há Ciência que não empregue métodos científicos. No entanto, esse uso não implica que a produção de conhecimento ocorrerá por um único caminho. Fazer Ciência não é seguir protocolos rígidos; trata-se de uma atividade que envolve processos variados, importantes e apropriados para diferentes situações. Sendo uma atividade humana, a Ciência é influenciada por diferentes aspectos, como política, economia e cultura, e está inserida em contextos temporais e históricos. Conhecer a história é essencial para entender por que não existe uma fórmula única na Ciência que possa ser aplicada universalmente.

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UNIDADE BRUNO CESAR SPADA/ SHUTTERSTOCK.COM

Entre os métodos que fornecem as estruturas fundamentais para a investigação científica, pode-se distinguir o método indutivo experimental, estabelecido por Galileu e aperfeiçoado por Bacon; o método dedutivo, proposto por Descartes; e o método hipotético-dedutivo, apresentado pelo filósofo da Ciência austríaco Karl Raimund Popper (1902-1994). Cada um deles fornece abordagens distintas para a formulação, o teste e a validação de teorias e hipóteses no processo científico. O método indutivo experimental envolve a observação e o registro sistemático de dados fornecidos por experimentações realizadas para responder a um problema. Com base na análise desses dados, cientistas formulam hipóteses que expliquem os fenômenos. Em seguida, repetem os experimentos em contextos distintos para acumular dados e testar essas hipóteses. Por fim, buscam estabelecer leis e generalizações. Já o método dedutivo parte de evidências reconhecidamente verdadeiras (axiomas ou leis gerais) e, por meio do pensamento racional, deduz o particular, que pode ser testado por meio de observações ou experimentos. O raciocínio dedutivo busca estabelecer relações necessárias entre as premissas e as conclusões, seguindo uma estrutura lógica rigorosa. Por fim, o método hipotético-dedutivo combina elementos dos dois métodos anteriores, focando na formulação de uma hipótese que busca explicar um fenômeno observado ou prever um resultado específico. Essa hipótese é então testada por meio de experimentação, observação ou evidência empírica. O aspecto principal desse método é a falsificabilidade: uma hipótese deve ser formulada de tal maneira que possa ser refutada por meio de evidências. O teste de hipóteses por meio de experimentos que possam potencialmente contradizê-las é o aspecto principal dessa metodologia, pois contribui para o avanço do conhecimento científico, eliminando teorias que não resistam a evidências empíricas.

Estudantes no Laboratório de Química na Universidade Federal do Tocantins, em Palmas (TO), 2012. Cientistas ou mesmo estudantes de Ciências, quando entram em um laboratório, levam um conjunto de técnicas e procedimentos que constituem o resultado do desenvolvimento histórico das metodologias científicas.

ESPAÇOS DE APRENDiZAGEM

• Em qualquer prática científica, é fundamental que o pesquisador seja ético. Neste vídeo, cientistas discutem as relações entre Ciência e ética. ÉTICA na pesquisa. [S. l.: s. n.], 2024. 1 vídeo (18 min). Publicado pelo canal UFSCar: Universidade Federal de São Carlos. Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=i70zcWr5qRE. Acesso em: 26 ago. 2024.

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Como cientistas divulgam seus trabalhos? Cientistas de vários campos se reúnem, com frequência, em congressos científicos para debater resultados de pesquisas e novas teorias. Esses eventos proporcionam um espaço importante para a troca de conhecimento, 3 Como você fica sabeno estabelecimento de contatos e a construção de redes de colaboração entre do a respeito de uma pesquisadores de diversas áreas e de diferentes partes do Brasil e do mundo. descoberta científica? Por meio de apresentações orais, pôsteres e workshops, pesquisadores podem compartilhar metodologias, resultados e conclusões com a comunidade científica. Isso não só amplia o alcance de suas pesquisas mas também contribui para a construção coletiva do conhecimento científico. Participações em congressos permitem que cientistas se mantenham atualizados sobre os últimos avanços em suas áreas de pesquisa e recebam críticas construtivas e sugestões de outros pesquisadores. Esses encontros ajudam na melhoria da qualidade dos trabalhos e na identificação de possíveis falhas metodológicas, abrindo novas perspectivas para pesquisas futuras. Ao longo da história, alguns congressos foram marcos importantes para o desenvolvimento das Ciências da Natureza e, em particular, da Química. Entre eles, pode-se citar o Congresso de Karlsruhe, o primeiro encontro internacional de químicos, realizado na cidade de Karlsruhe, na Alemanha, de 3 a 5 de setembro de 1860, e a Conferência de Solvay de 1911, realizada em Bruxelas, de 30 de outubro a 3 de novembro de 1911. REfliTA

Não escreva no livro.

O Congresso de Karlsruhe teve como objetivo a busca e a definição de regras para nomenclatura, notação e massas atômicas. Participaram do congresso 127 químicos, entre os quais o russo Dmitri Ivanovich Mendeleev (1834-1907) e o alemão Julius Lothar Meyer (1830-1895), que mais tarde proporiam, de forma independente, tabelas similares para a organização dos elementos químicos. Naquela época, ainda não havia uma forma consensual de representar as substâncias nem consenso sobre suas fórmulas. [KARLSRUHE: visão geral: Baden: Alemanha]. [ca. 1890-1900]. Fotocromo color.

Representação da cidade de Karlsruhe (Alemanha), no final do século XIX (entre 1890 e 1900).

PHOTOCHROM PRINT COLLECTION/ LIBRARY OF CONGRESS'S/WIKIPEDIA/WIKIMEDIA COMMONS

Congresso de Karlsruhe

A Conferência de Solvay de 1911 foi patrocinada pelo químico industrial belga Ernest Solvay (1838-1922) e reuniu importantes cientistas, como o físico alemão Albert Einstein (1879-1955), a física e química polonesa, naturalizada francesa, Maria Salomea Sklodowska-Curie (1867-1934), o físico alemão Max Karl Ernst Ludwig Planck (1858-1947) e o físico e matemático neozelandês Ernest Rutherford (1871-1937). A conferência teve como objetivo discutir, principalmente, questões relacionadas à teoria quântica e à radiação, estabelecendo um espaço para troca de ideias e promovendo colaborações científicas que seriam essenciais para o desenvolvimento da Mecânica Quântica e da Física Teórica no século XX. Desde então, outras edições da Conferência de Solvay ocorreram, quase sempre trienalmente, reunindo cientistas para discutir questões ligadas à Química e à Física.

Participantes da Conferência de Solvay de 1927, quando se discutiu a respeito dos elétrons e dos fótons.

SCIENCE HISTORY IMAGES/ALAMY/FOTOARENA

Conferência de Solvay

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SOCIEDADE BRASILEIRA DE CHIMICA. Revista Brasileira de Chimica, Rio de Janeiro, ano 1, n. 1, ago. 1929.

Folha de rosto do primeiro periódico de Química do país.

UNIDADE REPRODUÇÃO/REVISTA DA SOCIEDADE BRASILEIRA DE ENSINO DE QUÍMICA

REPRODUÇÃO/REVISTA BRASILEIRA DE CHIMICA

Os dois maiores congressos de Química que acontecem anualmente no Brasil são organizados pela Sociedade Brasileira de Química (SBQ) e pela Associação Brasileira de Química (ABQ). A SBQ organiza reuniões anuais que contam com a presença de cerca de 4 000 pessoas, entre estudantes, professores e pesquisadores de Química. A ABQ também organiza congressos anuais com participação de químicos de todo o Brasil e de representantes de indústrias. Em 2018, durante a realização do XIX Encontro Nacional de Ensino de Química (Eneq), realizado na Universidade Federal do Acre (UFAC), foi criada a Sociedade Brasileira de Ensino de Química (SBEnQ), que congrega a comunidade de pesquisadores em Ensino de Química. Essa sociedade é responsável pela Revista da Sociedade Brasileira de Ensino de Química (ReSBEnQ), que divulga a produção científica de pesquisadores que atuam no Ensino de Química.

SOCIEDADE BRASILEIRA DE ENSINO DE QUÍMICA. Revista da Sociedade Brasileira de Ensino de Química, Brasília, DF, v. 1, 2020.

Capa do primeiro volume da ReSBEnQ.

ESPAÇOS DE APRENDiZAGEM

• O vídeo e o site a seguir trazem mais informações sobre a Sociedade Brasileira de Química (SBQ). DOCUMENTÁRIO: "SBQ: uma visão histórica". [S. l.: s. n.], 2014. 1 vídeo (37 min). Publicado pelo canal SBQ: Sociedade Brasileira de Química. Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=VLGAnl525qY. Acesso em: 26 ago. 2024. SOCIEDADE BRASILEIRA DE QUÍMICA. São Paulo, [2024]. Site. Disponível em: https://www.sbq.org.br/. Acesso em: 26 ago. 2024.

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GERSON GERLOFF/PULSAR IMAGENS

Outra maneira que cientistas utilizam para apresentar seus trabalhos e pesquisas, garantindo que suas descobertas sejam acessíveis à comunidade científica e ao público interessado, é a publicação em revistas científicas especializadas, os chamados periódicos científicos. Os trabalhos publicados nessas revistas passam por rigorosos processos de revisão por pares, nos quais outros especialistas no campo de pesquisa avaliam a qualidade e a validade dos estudos antes da publicação. Além de artigos em periódicos, cientistas podem disseminar suas ideias e produções, escrevendo capítulos para livros acadêmicos, dissertações (mestrado) e teses (doutorado), que são meios que permitem a exploração mais aprofundada de temas. Uma alternativa aos congressos, periódicos, livros acadêmicos, teses e dissertações é o uso das mídias sociais, blogues, revistas e museus de Ciência para apresentar descobertas de maneira mais acessível ao público em geral. Nesses meios, conceitos complexos e discussões sobre implicações práticas ou sociais da pesquisa científica são, normalmente, apresentados de maneira mais resumida, com uma linguagem menos formal, sistemática e rigorosa. No entanto, essas alternativas nem sempre são validadas pelas comunidades científicas. Em casos de trabalhos significativos ou de interesse público, pesquisadores podem colaborar com a imprensa, ajudando a aumentar a visibilidade e o impacto de suas descobertas para além da comunidade científica. Essas diferentes formas de divulgação permitem que cientistas compartilhem seus conhecimentos, contribuam para o avanço do campo científico e promovam o diálogo e a colaboração dentro e fora da comunidade acadêmica. No boxe Espaços de aprendizagem, apresentam-se três indicações de artigo, cada uma representando uma forma de divulgação. Tabela periódica interativa no Museu de Ciências e Tecnologia da Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul. Porto Alegre (RS), 2023. ESPAÇOS DE APRENDiZAGEM

• Artigo publicado em periódico que aborda a aprendizagem da estrutura atômica. DIÓGENES, Tasso Edson Freire; FIGUEREDO, Kytéria Sabina Lopes de; OLIVEIRA, Glaydson Francisco Barros de. Aprendizagem de estrutura atômica a partir do OA: monte um átomo: uma análise dos aspectos pedagógicos. Revista da Sociedade Brasileira de Ensino de Química, Brasília, DF, v. 4, n. 1, p. 1-20, jan./dez. 2023. Disponível em: https://sbenq.org.br/revista/index.php/rsbenq/article/view/136/78. Acesso em: 26 ago. 2024. • Artigo publicado em revista para público em geral que aborda as dificuldades de se combater o doping esportivo. MARIANO, Guto. A complexa luta contra o doping. Ciência Hoje, Rio de Janeiro, n. 412, ago. 2024. Disponível em: https://cienciahoje.org.br/artigo/a-complexa-luta-contra-o-doping/. Acesso em: 26 ago. 2024. • Artigo publicado em jornal que aborda os benefícios do cacau para a saúde e o envelhecimento. RODRÍGUEZ, Carolina Sánchez. Os benefícios do cacau para a saúde e o envelhecimento, segundo a ciência. BBC News Brasil, [s. l.], 25 jul. 2024. Disponível em: https://www.bbc.com/portuguese/articles/cw5y26pdgrlo. Acesso em: 26 ago. 2024.

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UNIDADE

AT¡v¡DaDeS

Não escreva no livro.

1. Qual é a diferença entre senso comum e conhecimento científico? 2. A Ciência busca a verdade absoluta? Justifique sua resposta a respeito dessa questão. 3. Após a leitura do Tema, responda: por que é importante estudar Ciências? 4. Forme um grupo com dois ou três colegas para debater a seguinte questão: qual é a importância

dos congressos científicos? Pesquisem se, na cidade ou na capital do estado onde vocês moram, aconteceu algum congresso científico no último ano. Descubram qual era o tema desse evento. Verifiquem também se acontecerá algum congresso em breve e, em caso afirmativo, entrem em contato para saber se podem participar de alguma atividade.

5. Observe a fotografia dos participantes da Conferência de Solvay de 1927 e identifique quantas

cientistas mulheres estão presentes. No caderno, escreva um texto justificando esse fato com base nas questões sociais da época. Comente se isso mudou atualmente e como deve ser a distribuição de gênero nesses eventos.

6. Escolha uma reportagem publicada recentemente em algum jornal sobre um tema científico de seu

interesse e escreva, no caderno, um resumo de no máximo dois parágrafos, destacando os principais pontos abordados.

7. Leia o trecho a seguir que faz parte de um texto em formato de artigo científico, escrito por uma professora de Química em conjunto com cinco estudantes e publicado na Revista Com Censo Jovem em junho de 2023. [...] Após o encontro, os discentes saíram fascinados com o tema e decididos a criarem suas próprias representações do modelo padrão de partículas elementares e suas combinações [...]. Como as partículas elementares se combinam formando partículas maiores como os prótons e nêutrons e que estes, combinados com o elétron, dão origem aos diversos tipos de átomos, que por sua vez se combinarão formando substâncias simples e compostas, a proposta dos estudantes foi de formar gerações. COELHO, Hugo H. et al. Baralho dos átomos: aprendizagem gamificada no estudo de química. Revista Com Censo Jovem, Brasília, DF, v. 2, n. 1, p. 45-53, jun. 2023. p. 47. Disponível em: https://periodicos.se.df.gov. br/index.php/rccj/article/view/1607/1026. Acesso em: 19 ago. 2024.

Considere que você tenha criado ou descoberto algo interessante. No caderno, crie um pequeno texto para divulgar para a comunidade científica essa novidade.

Representações feitas por estudantes de partículas elementares e não elementares.

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2 TEMA

Química: Ciência da Natureza

Respostas e comentários deste Tema estão disponíveis nas Orientações para o professor.

O estudo das Ciências permite que as pessoas compreendam melhor as finalidades dos trabalhos de cientistas e os impactos dos conhecimentos científicos produzidos, inclusive em questões cotidianas. Em outras palavras, esse estudo torna as pessoas mais capazes de se situarem no mundo, avaliarem e entenderem as diversas informações que recebem diariamente de múltiplas fontes e, por fim, fazerem escolhas mais conscientes. O estudo da Química, em particular, fornece ferramentas para entender como ocorre a fabricação de uma série de produtos utilizados no dia a dia, desde os plásticos até os alimentos industrializados. Compreender Química também evidencia a capacidade do ser humano de transformar o ambiente ao seu redor, sempre em busca de melhorar sua qualidade de vida. Neste Tema, serão discutidos a origem, a evolução e o funcionamento dessa Ciência da Natureza. Aprendendo a pensar quimicamente, será possível responder a diversas questões com que as pessoas se deparam diariamente. Caso julgue adequado,

W AV EB RE AK MED IA PR EMIUM /ALAMY/FOTOARENA

A Ciência possibilita entender, por comentar com os estudantes exemplo, que alimentos in natura precisam que a higienização recomendada de verduras, ser higienizados adequadamente, caso legumes e frutas é lavá-los contrário seu consumo pode ocasionar muito bem em água corrente própria para o consumo e, em alguma doença.

seguida, deixá-los de molho em água com solução de hipoclorito de sódio.

Por que estudar Química? REfliTA

Não escreva no livro.

1 Pense em atividades que você faz no seu dia a dia e identifique aquelas em que ocorrem processos químicos. Quais delas você faria melhor se usasse conhecimentos químicos mais aprofundados?

Não é necessário ir a uma indústria ou a um laboratório para observar o uso de conhecimentos da Química. Processos e produtos químicos são utilizados em diferentes situações da vida, muitas vezes tão rotineiras que as pessoas nem se dão conta de que esses processos e produtos só são possíveis por causa do conhecimento gerado por essa Ciência. Assim, estudar Química ajuda a entender a composição e a estrutura das substâncias, bem como suas transformações e as trocas de energia envolvidas nelas, o que é essencial para a compreensão de fenômenos naturais, processos industriais e eventos do cotidiano. Trata-se de uma Ciência que é importante, por exemplo, para o desenvolvimento de medicamentos, a produção de alimentos e a criação de materiais inovadores. Compreender os princípios químicos, portanto, possibilita que as pessoas tomem decisões informadas sobre saúde, nutrição e ambiente.

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Um famoso analgésico Durante séculos, vários povos extraíram da casca da árvore salgueiro uma substância que aliviava a dor e a febre, mas que, em contrapartida, causava problemas estomacais. No final do século XIX, o químico alemão Felix Hoffmann (1868-1946) descobriu que poderia utilizar essa substância para produzir uma nova substância, com forte poder analgésico e antitérmico, mas sem os efeitos colaterais indesejáveis. Pela primeira vez na história, foi sintetizado o ácido acetilsalicílico, um dos analgésicos mais utilizados no mundo até hoje.

UNIDADE

SCIENCE PHOTO LIBRARY/GETTY IMAGES

AlGO A

Cartela com comprimidos do medicamento genérico ácido acetilsalicílico.

ERNESTO REGHRAN/PULSAR IMAGENS

Nos âmbitos acadêmico e profissional, o estudo da Química possibilita o desenvolvimento de habilidades analíticas e de resolução de problemas. Essas habilidades são valorizadas em diversas carreiras, como a engenharia, a biotecnologia, a medicina e a pesquisa científica. Além disso, essa Ciência da Natureza promove o pensamento crítico, preparando para o enfrentamento dos desafios do futuro e desenvolvendo a capacidade de inovar.

Apresentação do curso de Química na 11a Feira das Profissões da Universidade Estadual de Londrina (UEL). Londrina (PR), 2023.

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FORMAÇÃO CiDADÃ

Ciências e cidadania A Constituição Federal Brasileira, promulgada em 5 de outubro de 1988, assegura, sob vários aspectos, o acesso à cidadania. Apelidada de Constituição Cidadã, tornou-se uma resposta ao período da ditadura civil-militar, em que o povo brasileiro viveu com várias privações de ordem política entre 1964 e 1985. A educação formal ou escolar busca habilitar as pessoas a viverem melhor em sociedade, tornando-as cidadãs ativas e conscientes de seus deveres e direitos. Por isso ela é indispensável. A Constituição Federal de 1988, no capítulo II, estabelece que a educação deve ser garantida a todos, configurando-se um dos direitos sociais básicos, tais como saúde, alimentação, trabalho, moradia, lazer, segurança, entre outros. A Lei de Diretrizes e Bases da Educação Nacional (LDB), promulgada em 1996, reafirmou o direito à educação, garantido pela Constituição Federal de 1988, e estabeleceu princípios da educação e deveres do Estado. Conhecer a Constituição e a LDB é exercer a cidadania.

AGÊNCIA DO BRASIL/WIKIPEDIA/WIKIMEDIA COMMONS 3.0

Nesse contexto legal, as Ciências aparecem como componentes da educação formal, pois se considera que, para ser um cidadão crítico, consciente e participativo, é fundamental conhecê-las e entender como suas leis são estabelecidas.

Final da votação no Congresso Nacional que resultou na promulgação da Constituição Cidadã. Brasília (DF), 1988.

AT¡v¡DaDeS

Não escreva no livro.

1. De modo geral, textos que trazem um conjunto de leis e normas não costumam atrair o interesse

da população. Pesquise na internet o documento completo da LDB, selecione um artigo (procure por “art.” seguido do número) que chame a sua atenção e escreva um parágrafo comentando-o.

2. Há leis na Constituição que estabelecem regras para a prática científica, por exemplo, em rela-

ção ao uso de animais em experimentos (Lei Arouca, lei no 11.794, de 8 de outubro de 2008) e à pesquisa envolvendo organismos geneticamente modificados (lei no 11.105, de 24 de março de 2005). Há também normas e resoluções estabelecidas em documentos elaborados por instituições como a Agência Nacional de Vigilância Sanitária (Anvisa). Pesquise na internet o texto de uma dessas leis, normas ou resoluções e escreva um parágrafo resumindo o que ela estabelece.

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A origem da Química REfliTA

Não escreva no livro.

2 Você sabe o que é alquimia? No seu entendimento, qual é a relação entre

O estabelecimento de uma Ciência não se dá por decreto. Por isso, definir exatamente quando a Química se desenvolveu não é tarefa fácil e é sempre motivo de debate. Há dois aspectos relevantes a respeito desse assunto. O primeiro deles considera a alquimia como importante precursora da Química, pois foi responsável por desenvolver técnicas e instrumentos, alguns utilizados até hoje, mas se caracterizava como uma forma de conhecimento místico e fechado. O segundo aspecto considera o químico francês Antoine-Laurent de Lavoisier (1743-1794) como um dos fundadores da Química Moderna, junto com o químico e físico inglês John Dalton (1766-1844) e outros contemporâneos, por derrubar a teoria do flogisto e fazer uso sistemático da quantificação, inaugurando uma nova era nos laboratórios.

PASEVEN/ SHUUTERSTOCK.COM

a alquimia e a Química?

A alquimia A alquimia pode ser definida como a arte de tornar partes do Universo atemporais e perfeitas. No caso dos metais, buscava-se transformá-los em ouro, que era considerado atemporal e perfeito, e, no caso dos seres humanos, o objetivo era chegar à longevidade, seguida da imortalidade e, por fim, da redenção. De maneira mais simples, é possível afirmar que a alquimia foi uma forma de conhecimento místico, artístico e pré-científico sobre a natureza e o ser humano. Assim, o alquimista não era reconhecido somente como artesão ou mágico, mas, principalmente, como um sábio que compreendia melhor a realidade. Pode-se dizer que a alquimia tinha dois componentes básicos: o místico e o prático. O componente místico, mais relacionado com aspectos psíquicos, religiosos e filosóficos, teve menos aplicação na área de conhecimento que se estabeleceria como Ciências da Natureza. Já o componente prático, ligado a teorias, materiais e métodos, pôde ser utilizado, ainda que em outro contexto. À medida que a Química foi se constituindo, ela se apropriou dos materiais e métodos da alquimia e descartou os aspectos místicos. A alquimia foi praticada em diferentes locais e tempos, como será estudado a seguir. A alquimia alexandrina se desenvolveu na Grécia, em um período de grande esplendor do conhecimento em que viveram pensadores como, por exemplo: Euclides de Alexandria (c. 325 a.C.-c. 270 a.C.), matemático que se dedicou ao estudo da Geometria; Eratóstenes de Cirene (276 a.C.-194 a.C.), astrônomo que calculou a circunferência da Terra; e Ptolomeu, astrônomo, pai da teoria geocêntrica.

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CENTRO DE DIGITALIZAÇÃO DE MUNIQUE, ALEMANHA/ALEMANHA/WIKIPEDIA/WIKIMEDIA COMMONS 1.0

Vários nomes de alquimistas ficaram registrados na história da Grécia: Maria (viveu por volta do século III), a quem se atribui a invenção do banho-maria; Cleópatra, a alquimista (viveu também durante o século III; não confundir com Cleópatra VII, rainha do Egito); Zósimo de Panópolis (viveu entre o final do século III e o início do século IV); e Olimpiodoro, o Velho (c. 390-460), que, acredita-se, empregou pela primeira vez a palavra chemeia. Esse termo, possivelmente de origem egípcia ou grega, mais tarde, ao receber o artigo árabe al, tornou-se alchimia. Os laboratórios desses alquimistas tinham o forno como principal equipamento e a transmutação dos metais como principal objetivo. MAIER, Michael. Mariae, hebrae symbolvm. In: MAIER, Michael. Symbola avreae mensae dvodecim nationvm. [S. l.: s. n.], 1617. p. 57.

Maria é considerada a primeira alquimista não fictícia de que se tem registro. Quase todos os primeiros alquimistas se referem a ela utilizando termos respeitosos e reverentes. SOBRE

ESPAÇOS DE APRENDiZAGEM

• O texto a seguir conta um pouco o que se sabe sobre a alquimista Maria, também conhecida como Maria, a Profetisa. MARIA, a Profetisa: as criações da mãe da alquimia que ainda são usadas, 20 séculos depois. BBC News Brasil, [s. l.], 22 dez. 2019. Disponível em: https://www.bbc.com/ portuguese/geral50817892. Acesso em: 27 ago. 2024.

Para a alquimia, transmutação era a busca da conversão de metais, como chumbo, antimônio e bismuto, em metais nobres, como a prata e, principalmente, o ouro. Com o desenvolvimento da Química, descobriu-se que esses tipos de transformação química não são possíveis, pelo menos não por meio dos procedimentos tentados pelos alquimistas. A alquimia islâmica começou com os árabes, mas logo se espalhou pelo norte da África, pela Península Ibérica e por alguns locais da Ásia. Considera-se que a alquimia islâmica se originou da alquimia alexandrina e que recebeu fortes influências da Índia e da China. Nessa frente, sobressaem-se dois nomes: Abū Mūsā Jābir ibn Hayyān (c. 721-c. 815) e Abū Bakr Muhammad ibn Zakariyyā al-Rāzī (c. 854-c. 925). Jābir, conhecido no Ocidente como Geber, alquimista, farmacêutico, filósofo, astrônomo e físico, considerava que todos os metais resultavam da combinação de mercúrio e enxofre, o que justificaria a possibilidade de transmutação pela perda ou pelo ganho de um desses dois componentes. Já a alquimia chinesa tinha como foco a busca do elixir da longa vida, e não a transmutação de metais em ouro. A busca por transmutação chegou a ser proibida por um decreto imperial. Era comum imperadores chineses solicitarem aos alquimistas a produção de elixires que os tornassem imortais.

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AlGO A

A destilação: possíveis origens

BELTRAN, Maria Helena Roxo. Destilação: a arte de “extrair virtudes”. Química Nova na Escola, [s. l.], n. 4, p. 24-27, nov. 1996. p. 24, 27. Disponível em: http://qnesc.sbq. org.br/online/qnesc04/historia.pdf. Acesso em: 27 ago. 2024.

COLEÇÃO PARTICULAR

[…] Pode-se considerar que a destilação foi um dos desenvolvimentos promovidos pelos alquimistas alexandrinos nas técnicas de se operar sobre a matéria. Tal consideração baseia-se nos estudos realizados sobre os textos produzidos na Antiguidade que chegaram até os dias de hoje. [...] nas principais fontes dos textos alquímicos alexandrinos que sobreviveram até nossos dias em cópias manuscritas feitas entre os séculos XI e XV, estão algumas figuras de instrumentos que os químicos de hoje podem facilmente associar com aparatos destilatórios. Entretanto, apesar das semelhanças observadas entre essas figuras e os instrumentos atualmente utilizados, o processo de destilação era realizado naquela época num contexto muito diferente do atual. A destilação era uma operação alquímica, relacionada, portanto, a um corpo conceitual originário de hibridizações entre ideias mágicas, religiosas e filosóficas, associadas aos conhecimentos envolvidos nas práticas artesanais egípcias. […]

ZOSIMO. [Zosimo's apparat]. In: BERTHELOTS, Marcellin. Collection des anciens alchimistes grecs. Paris: Georges Steinheil, 1887. v. 1, p. 161.

Representação de um aparato que se assemelha ao que seria utilizado em um processo de destilação, presente em um tratado de alquimia escrito por Zósimo de Panópolis.

Alquimia medieval A ocupação da Península Ibérica pelo Império Bizantino, até o século XV, introduziu muitas obras da alquimia islâmica na Europa. As primeiras traduções do árabe para o latim foram feitas no século XII, e, no século seguinte, estudiosos escreveram textos relativos à chamada Grande Arte. No século XIII, dois importantes personagens ajudaram a difundir os conhecimentos alquímicos: o filósofo, escritor, cientista e teólogo alemão Alberto Magno (c. 1193-1280) e o frade católico italiano Tomás de Aquino (1225-1274). Alberto Magno tinha grande interesse pela alquimia e, em seus escritos, fez críticas a ela, dizendo que, mesmo que fosse possível transmutar metais em ouro, o produto obtido não seria como o ouro encontrado na natureza.

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ESPAÇOS DE APRENDiZAGEM

• O artigo a seguir aborda a relação entre alquimia e Ciência e traz curiosidades sobre certas práticas dos alquimistas. CORDEIRO, Tiago. Alquimia: a ciência e a magia na Idade Média. Superinteressante, São Paulo, 4 maio 2020. Disponível em: https://super.abril.com. br/historia/alquimia-aciencia-e-a-magia-naidade-media/. Acesso em: 27 ago. 2024.

O mais conhecido discípulo de Alberto Magno, Tomás de Aquino, não foi um alquimista, mas ajudou a divulgar a alquimia em seu livro Aurora consurgens, que contém um capítulo sobre a alquimia medieval. Naquela época, a alquimia era considerada uma Ciência, sendo permitida pela Igreja Católica, da qual os dois eram membros. Foi nesse contexto que o trabalho do filósofo inglês Roger Bacon (c. 1219-c. 1292) começou a ser reconhecido. Considerado um dos primeiros defensores da experimentação e da observação empírica como base para o conhecimento, Bacon acreditava que a Matemática era fundamental para a compreensão do mundo natural e, por isso, promoveu o uso da lógica e da razão na investigação científica. Segundo alguns historiadores e filósofos da Ciência, suas ideias contribuíram para o desenvolvimento posterior da Ciência, reforçando seu papel central na transição para o pensamento científico moderno. O medo e a destruição causada pela peste negra na Europa durante o século XIV fizeram que, em 1317, o papa João XXII proibisse a alquimia (os motivos que o levaram a banir a alquimia são incertos, alguns historiadores acreditam que ele a praticava em segredo). Com o fim da Peste Negra, ela voltou a ser praticada. Nesse período, o escrivão e alquimista francês Nicolas Flamel (1330-1418) tornou-se famoso por supostamente ter descoberto a pedra filosofal, uma substância mítica que poderia transformar metais em ouro e conceder a imortalidade. Nicolas e sua esposa, Perenelle Flamel (1320-1397), serviram de inspiração para personagens de obras de animação, literatura e cinema. COLLECTION CHRISTOPHEL © HEYDAY FILMS/WARNER BROS/AGB PHOTO LIBRARY

Se achar conveniente, pode-se recomendar a leitura de Harry Potter e a pedra filosofal, de Joanne K. Rowling (Rio de Janeiro: Rocco, 1997), aos estudantes. Esse é o primeiro livro da série Harry Potter. A obra utiliza fatos históricos reais da Ciência em seu enredo. Nele, os bruxos estão em busca da pedra filosofal de Nicolas Flamel.

ANIMAIS fantásticos: os crimes de Grindelwald. Direção: David Yates. EUA: Warner Bros., 2018. Streaming (134 min).

Neste filme, Nicolas Flamel (à direita), interpretado pelo ator Brontis Jodorowsky, encontra a pedra filosofal, tornando-se imortal. Considerada uma referência da alquimia medieval, essa pedra tinha o suposto poder de transformar metais em ouro.

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UNIDADE

INSTITUTO DE HISTÓRIA DA CIÊNCIA DA FILADÉLFIA/WIKIPÉDIA/WIKIMEDIA COMMONS 1.0

Alguns séculos depois, o químico e físico irlandês Robert Boyle (1627-1691) introduziu métodos mais sistemáticos de investigação, defendendo a importância de experimentos controlados e observações precisas. Seu trabalho The sceptical chymist (“O químico cético”, em tradução livre), de 1661, é um marco na separação entre a alquimia e a Química, segundo alguns estudiosos, estabelecendo a segunda como uma Ciência empírica independente. Ele é conhecido principalmente pela formulação da lei de Boyle, que descreve a relação inversa entre a pressão e o volume de um gás à temperatura constante. Ela será estudada posteriormente.

A revolução científica

BOYLE, Robert. The sceptical chymist. London: [s. n.], 1661.

Folha de rosto do trabalho que Robert Boyle publicou em 1661.

PHOTOMASTER/SHUTTERSTOCK.COM

Alguns historiadores da Ciência indicam que uma revolução científica teve início nos séculos XVI e XVII, pois foi um período de transformações profundas no pensamento e na prática científica, marcando a transição do conhecimento medieval para a Ciência Moderna. O uso do termo revolução não é à toa. Nesses séculos, começaram a se delinear as metodologias científicas, fundamentadas na observação empírica, na experimentação rigorosa e no raciocínio lógico (algumas delas foram estudadas anteriormente). O astrônomo e matemático polonês Nicolau Copérnico (1473-1543), os já mencionados Galileu Galilei e Francis Bacon, o astrônomo e matemático alemão Johannes Kepler (1571-1630) e o matemático e físico inglês Isaac Newton (1642-1727) reformularam concepções tradicionais sobre o Universo, a Física e a natureza.

Estátua em homenagem à Nicolau Copérnico em sua cidade natal, Torun (Polônia), 2022.

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EDITORIA DE ARTE

A revolução científica promoveu uma abordagem sistemática e objetiva para a investigação, estabelecendo as bases para avanços tecnológicos e intelectuais que moldaram o mundo moderno e possibilitaram ao ser humano entender e dominar a natureza.

Expansão europeia e aumento das atividades de mineração, metalurgia etc.

Definição de metodologias científicas.

Revolução científica

Refutação das propostas dos antigos filósofos.

Empirismo.

Alguns fatores que foram essenciais para a ocorrência da revolução científica. É importante reforçar que se usa o termo metodologias científicas, e não metodologia científica, porque efetivamente não houve e não há somente um método. Muitas vezes, a forma como a Ciência é apresentada leva a concepções equivocadas de que a pesquisa científica sempre começa pela observação meticulosa, resultando na formulação de leis e teorias, seguindo, portanto, um procedimento rígido e imutável. Isso não é verdade, porque a Ciência tem uma natureza dinâmica e plural. Ela evolui à medida que novos conhecimentos são adquiridos e novas tecnologias são desenvolvidas. Essa flexibilidade permite que a Ciência se adapte a novos problemas, refine hipóteses, melhore técnicas experimentais e incorpore novas formas de análise e interpretação de dados. A capacidade de revisão e adaptação da metodologia científica permite corrigir erros, ajustar teorias e expandir a compreensão de fenômenos complexos, garantindo assim o progresso científico. A diversidade de métodos é essencial para o avanço do conhecimento em diferentes áreas. Cada área do conhecimento, e mesmo as subdivisões, pode exigir abordagens específicas para investigar fenômenos complexos. Por exemplo, na Química Teórica, métodos matemáticos abstratos são comuns, enquanto, na Química Analítica, atividades práticas em laboratório são frequentes. A variedade de metodologias permite que cientistas adaptem suas abordagens às características únicas dos problemas que estão investigando, promovendo, assim, uma compreensão mais ampla e precisa dos fenômenos.

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UNIDADE

Enfim, Química! REfliTA

Não escreva no livro.

3 Imagine que você precisa explicar um acontecimento que presenciou para um amigo

(por exemplo, o amadurecimento de uma fruta). Como você o descreveria em termos do que é perceptível, do que está “por trás” do ocorrido (mesmo que não dê para verificar) e do que é possível desenhar ou simbolizar? Dê um exemplo curto para cada tipo de explicação.

Como foi estudado, teorias, técnicas e procedimentos propriamente científicos foram se desenvolvendo com base no estabelecimento de metodologias sistemáticas de investigação. No caso da Química, uma teoria que contribuiu para fortalecê-la enquanto Ciência da Natureza foi a teoria do flogisto, uma vez que, apesar de seus impasses, teve como base argumentos racionais, e não considerações místicas ou esotéricas.

A teoria do flogisto e o legado de Lavoisier A teoria do flogisto foi proposta no final do século XVII pelo químico, físico e médico alemão Georg Ernst Stahl (1660-1734). Nesse período, a composição química dos materiais era pouco compreendida, e seu estudo era muito influenciado pela teoria proposta pelo filósofo grego Aristóteles (384 a.C.-322 a.C.), segundo a qual a matéria seria formada pela combinação de quatro elementos: terra, água, fogo e ar. Stahl, então, adaptou teorias já existentes e propôs que a queima e a calcinação de materiais combustíveis envolviam a liberação e a absorção de um componente chamado flogisto. Essa teoria foi amplamente aceita pela comunidade científica por ser uma boa explicação para diversos fenômenos químicos, apesar de apresentar algumas inconsistências e explicações contraditórias. Por exemplo, em alguns casos, a perda de massa de um corpo era justificada pela diminuição de flogisto; em outros casos, o ganho de massa seria resultado do aumento de flogisto. Outras explicações foram apresentadas para a variação de massa, mas nenhuma era tão convincente. Em Ciência, para contestar uma teoria que não convence a todos, cientistas buscam hipóteses alternativas e realizam experimentos para comprová-las. No entanto, para invalidar uma teoria, é importante apresentar outra que explique melhor os fatos. No caso do flogisto, não foi fácil. A combustão já era objeto de estudo de pensadores como Leonardo da Vinci (1452-1519), artista, engenheiro e inventor italiano, que observou que parte do ar era consumida durante esse processo. Robert Boyle, no final do século XVII, também fez experimentos que constataram esse fato. Em 1771 ou 1772, o farmacêutico natural da Pomerânia (atual Alemanha) Carl Wilhelm Scheele (1742-1786) descobriu um gás que, posteriormente, colocaria em xeque a teoria do flogisto e explicaria o que Leonardo da Vinci, Boyle e outros observaram.

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LAVOISIER, Antoine-Laurent de. Traité élémentaire de chimie. Paris: [s. n.], 1789.

Folha de rosto do trabalho de Lavoisier que é tido como um marco na história da Química.

EDITORA MADRAS, 2014.

CORTESIA DO INSTITUTO DE HISTÓRIA DA CIÊNCIA DA FILADÉLFIA/ WIKIPÉDIA/WIKIMEDIA COMMONS 1.0

FRONTISPISCE OF EXPERIMENTS AND OBSERVATIONS ON DIFFERENT KINDS OF AIR//WIKIPEDIA/WIKIMEDIA COMMONS 2.0

O teórico político e químico britânico Joseph Priestley (1733-1804) fez a mesma descoberta em 1774. Como era adepto da teoria de Stahl, chamou o gás de ar desflogisticado, pelo fato de que continha, segundo ele, menos flogisto do que o ar atmosférico. Apresentada a teoria do ar desflogisticado e reconhecida sua existência, Lavoisier se dedicou ao assunto e, nesse contexto, ganhou notoriedade. Depois de muito trabalho, em uma apresentação para a Academia de Ciências em setembro de 1777, Lavoisier definiu o flogisto como um novo elemento, que chamou de princípio acidificante PRIESTLEY, Joseph. [Experiments on oxygen]. In: PRIESTLEY, Joseph. Experiments and observations on different kinds of ou princípio oxigínio, posteriormente renomeair. London: [s. n.], 1775. Folha de rosto. Representação de um conjunto de experimentos ado para oxigênio, termo que em grego significa “gerador de ácido”. Lavoisier afirmou que a comenvolvendo o gás oxigênio presente no livro bustão envolve a combinação de substâncias com cuja tradução livre do título é “Experimentos e observações sobre diferentes tipos de ar”. oxigênio, refutando a existência do flogisto. O que tornou o trabalho de Lavoisier importante não foi simplesmente o fato de ele trocar uma teoria por outra; foi seu método de trabalho que combinava a descrição qualitativa com uma análise quantitativa detalhada de fenômenos, envolvendo medições precisas de volumes e massas antes e depois das transformações químicas sob estudo. Sua contribuição para a Química foi, sobretudo, a abordagem rigorosa dos problemas científicos. Por ser, além de químico, cobrador de impostos, Lavoisier possuía balanças muito precisas que pôde utilizar de forma sistemática em seu laboratório. Nas suas pesquisas envolvendo o ar desflogisticado (o gás oxigênio), realizou diversos experimentos com os quais demonstrou que esse gás compõe 20% do ar, é consumido na queima de substâncias combustíveis e é essencial para a respiração. Lavoisier tinha consciência da importância dessa nova postura diante da pesquisa científica e a deixou registrada em seu livro Traité élémentaire de chimie (Tratado elementar de Química), de 1789.

LAVOISIER, AntoineLaurent de. Tratado elementar de química. [São Paulo]: Madras, 2014.

Capa de uma reedição atual da clássica publicação de Lavoisier.

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Níveis de abordagem da Química Ao estudar Química, deve-se abordar as substâncias e os materiais envolvidos nos fenômenos químicos em três diferentes aspectos ou níveis: fenomenológico, teórico e representacional. O diagrama a seguir representa a relação entre esses níveis. EDITORIA DE ARTE

Nível fenomenológico

Abordagem química

Nível teórico

Nível representacional

Representação da relação entre os níveis fenomenológico, teórico e representacional.

O nível fenomenológico (também chamado de nível macroscópico) envolve quaisquer transformações observáveis por meio dos sentidos e/ou por algum instrumento de aferição (termômetro ou balança). Como exemplo, pode-se citar a queima de uma vela, o endurecimento de uma cola, o aumento da temperatura de um forno aquecido e a lavagem de louças com detergente. Para explicar o que ocorre em nível submicroscópico, ou seja, tudo aquilo que não pode ser percebido diretamente pelos sentidos, como os átomos, as moléculas e os íons, que serão estudados mais adiante, cientistas concebem modelos e teorias. Esse nível teórico se origina do conhecimento científico acumulado pelas gerações precedentes e atuais, do trabalho e da dedicação de muitas pessoas, algumas das quais já foram citadas, e outras que ainda serão mencionadas. Todas as discussões e explicações feitas neste livro se baseiam em teorias e modelos desenvolvidos ao longo da história da Química e de outras Ciências. Por serem abstratas, para sua boa compreensão, é preciso que haja diálogo entre você, os colegas e os professores; por isso, se houver dúvidas, pergunte! Como é característico, materiais, substâncias e transformações são representados por meio de uma linguagem que pode ser entendida por qualquer pessoa que tenha conhecimento adquirido no estudo da Química. Essas representações constituem o nível representacional, terceiro nível da abordagem química, aceito por toda comunidade científica. Como o conhecimento continua sendo elaborado, novas representações vão sendo propostas e validadas. Elas são constituídas por nomes (por exemplo, hidrogênio), símbolos (por exemplo, H), fórmulas químicas (por exemplo, H2O), equações (por exemplo, 2 H2 + O2 H 2 H2O), fórmulas matemáticas (por exemplo, pH = _log[H+]) etc. As normas e os padrões para nomenclatura química, terminologia, símbolos e métodos de medição são estabelecidos pela organização global União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC, sigla do nome em inglês). Ela é responsável por definir o nome oficial dos elementos químicos, das substâncias e das reações, garantindo consistência e clareza na comunicação científica em todo o mundo. Além disso, promove a colaboração internacional e o avanço do conhecimento em Química.

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Observe dois exemplos de fenômeno e sua respectiva representação.

MUTHITAPANPHLOI/SHUTTERSTOCK.COM

Fenômeno

Representação

álcool + gás oxigênio H gás carbônico + água ou, como será apresentado posteriormente,

WISE DOG STUDIO/SHUTTERSTOCK.COM

Queima de álcool de uma lamparina.

C2H5OH(l) + 3 O2(g) H 2 CO2(g) + 3 H2O(g)

ferro + gás oxigênio H óxido de ferro

Objetos de ferro expostos ou, como será apresentado posteriormente, à umidade tendem a 4 Fe(s) + 3 O2(g) H 2 Fe2O3(s) enferrujar. Uyuni (Bolívia), 2019.

AT¡v¡DaDeS

Não escreva no livro.

1. Escolha um produto que você utiliza frequen-

temente e faça uma pesquisa sobre como ele é produzido. Apresente as informações que obtiver em um cartaz.

2. Debata com os colegas quais são os objetos de estudo da Química presentes na vida de cada um. Como vocês avaliam o conhecimento químico presente na sociedade?

3. De acordo com a Constituição Federal de 1988,

a educação formal é direito de todas as pessoas e dever do Estado. A LDB define como deve ser essa educação. Analise, na LDB, os objetivos do Ensino Médio e avalie como se caracteriza o ensino de sua escola.

4. Que tal realizar um jogo rápido em sala de aula?

Ele consiste em citar um objeto que faça parte

do seu cotidiano e pedir a um colega que diga como a Química contribuiu para sua produção. Se acertar, ganha um ponto. Se errar, quem propôs o objeto ganha um ponto. O professor resolverá os possíveis impasses. Formem duplas e decidam no par ou ímpar quem começa o jogo.

5. Faça um quadro em seu caderno, como o pre-

sente no início desta página, preencha-o com fenômenos que você conhece e explique-os. Em muitos casos, você ainda não saberá como representá-los, mas deixe lacunas para, posteriormente, completá-las. Você pode também buscar informações sobre as representações desses fenômenos, mesmo que agora não as entenda. Aprender Química é um processo longo, mas pode ser muito prazeroso.

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Materiais

Ferramentas são instrumentos necessários para se realizar determinada ação. Originalmente, o termo ferramentas remetia a objetos feitos de ferro, mas hoje pode ser entendido como algo mais abrangente, sendo utilizado, inclusive, para se referir a habilidades ou conhecimentos, e não necessariamente a um objeto físico.

Respostas e comentários deste Tema estão disponíveis nas Orientações para o professor.

Algumas espécies de animais utilizam ferramentas simples, por exemplo, pedras e pedaços de madeira, para diversas finalidades, tais como colher alimentos ou facilitar o acesso às partes comestíveis deles por meio da quebra de invólucros. Diferentemente dos demais animais, os seres humanos adquiriram a capacidade de desenvolver ferramentas complexas, que os auxiliam nos mais diversos tipos de atividade. Assim, frequentemente, as pessoas utilizam diversos materiais, como madeira, plástico, borracha, metal, vidro e rocha. Cada material possui uma característica diferente. A madeira é durável e versátil e, por isso, é comumente utilizada na construção de móveis; o plástico é leve e resistente à água, o que lhe permite ser utilizado em uma grande variedade de objetos; a borracha é elástica e resistente, ideal para situações que requerem amortecimento, como pneus e solas de calçado; o metal, assim como o plástico, é utilizado em múltiplos contextos; o vidro é relativamente resistente e transparente, ideal para coberturas que necessitam da passagem da luz, como as janelas; a rocha é durável e esteticamente diversa, características que lhe conferem aplicação em construções e decorações. HAL BERAL/CORBIS/GETTY IMAGES

SOBRE

UNIDADE

TEMA

A lontra marinha utiliza pedras como ferramenta para quebrar as partes duras de moluscos e crustáceos antes de se alimentar deles.

REfliTA

Não escreva no livro.

1 Como seria o mundo

se tudo fosse feito do mesmo material, por exemplo, de ferro, de madeira ou de plástico?

O uso de materiais Há milhões de anos, os ancestrais do ser humano utilizavam o que era fornecido pela natureza, como pedras, paus e cipós. Com o tempo, descobriram que poderiam manipular esses materiais e assim produzir objetos mais complexos, que lhes proporcionariam, direta ou indiretamente, mais conforto e bem-estar. Eles aprenderam a utilizar a pedra lascada de diversas maneiras: ao amarrar uma pedra afiada em um pedaço de madeira, por exemplo, tem-se uma ferramenta e uma arma, o machado; ao prender uma ponta afiada de pedra na extremidade de uma vara de madeira, tem-se uma lança.

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SOBRE

CHRISTIAN JEGOU/ SCIENCE PHOTO LIBRARY/FOTOARENA

O grupo de primatas que engloba o ser humano e seus ancestrais bípedes, como o Homo habilis e o Homo erectus, é chamado de hominínio.

Os hominínios aprenderam também a utilizar o couro de animais abatidos para se protegerem do frio e de outros incômodos, como espinhos e insetos. Ao longo do tempo, foram criados o anzol, o arco e a flecha, o bumerangue, a corda, a cerâmica, e as invenções não pararam de acontecer. Em dado momento, começou-se o manuseio de minerais para obter metais, utensílios de cozinha e armas, bem como ferramentas que possibilitaram a construção de outros apetrechos. Combinando o cobre e o estanho, por exemplo, criou-se o bronze, dando início a um novo período da civilização, possibilitando a construção de objetos e ferramentas antes inimagináveis. Hoje, os metais são essenciais para a vida moderna. A produção de metais em grande escala permitiu a fabricação dos meios de transporte modernos, entre eles as bicicletas, os carros, as locomotivas, os navios e os aviões, além de outros grandes avanços tecnológicos. A escolha do material a ser utilizado para determinado fim leva em conta uma série de características específicas, como durabilidade, resistência, peso e flexibilidade. Por exemplo, por que existem tantas panelas diferentes, de cerâmica, de barro, de ferro e de alumínio? Uma possível resposta considera o modo como cada material influencia o processo de cozimento que acontecerá na panela. Representação de um hominínio usando pedras como ferramentas. Registros arqueológicos indicam que o uso de pedra lascada como ferramenta teve início há milhões de anos.

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Panela de cobre (A), panela de ferro (B), panela de vidro temperado (C), panela de aço (D), panela revestida de ágata (E).

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REfliTA

UNIDADE

Propriedades e grandezas

Não escreva no livro.

Matéria é tudo aquilo que possui massa e ocupa lugar no espaço. 2 Se você tivesse que descrever um maMateriais, como os já citados, são matéria e apresentam características terial, como você o específicas denominadas propriedades. Uma borracha utilizada para apagar faria? o que é escrito no caderno, por exemplo, é um material e pode ser descrita por diferentes características: sólida, flexível, sem brilho, não tem seu estado 3 Qual é a importância de padronizar alterado ao entrar em contato com água, entre outras. unidades de medida, como o metro e Uma borracha tem o grama? características que possibilitam seu uso para apagar textos. M

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As propriedades de um material podem ser classificadas em dois grupos. As propriedades intrínsecas (ou gerais) não dependem da quantidade de material e podem ser utilizadas para descrevê-lo. Exemplos são cor, estado físico nas condições ambientes, reatividade, brilho, resistência e flexibilidade. Já as propriedades extrínsecas (ou específicas) são aquelas que dependem da quantidade de material, tais como massa e volume. Se a borracha for partida ao meio, por exemplo, suas propriedades intrínsecas não serão alteradas, mas as extrínsecas sim. A borracha seguirá sendo borracha, sua cor e sua flexibilidade permanecerão as mesmas, mas sua massa e seu volume diminuirão. As propriedades de um fenômeno ou material que podem ser expressas por um número seguido de uma unidade de medida são chamadas grandezas. São exemplos de grandeza o tamanho (comprimento, área ou volume), a massa, a quantidade de luz e o tempo. Como exemplos de unidades de medida, há o metro, o segundo e o litro. As grandezas podem ser expressas por diferentes unidades, mas o Sistema Internacional de Unidades (SI) define uma unidade padrão para cada grandeza. De acordo com as normas de nomenclatura definidas, embora a unidade de medida possa ser escrita por extenso no plural, acrescentando a letra s ao final da palavra, seu símbolo não tem plural. Por exemplo, pode-se escrever dez metros ou 10 m, mas é errado escrever dez metro, 10 mts ou 10 ms. Da mesma forma, o tempo de duas horas pode ser representado por 2 h, mas não por 2 hs. O SI também prevê o uso de prefixos que facilitam a representação de quantidades muito grandes ou muito pequenas em determinada medida. Eles devem ser posicionados à frente da unidade de medida, por exemplo: kilometro (km), kilograma (kg), centimetro (cm), milimetro (mm), miligrama (mg) e mililitro (mL). A grafia utilizada pelo SI segue regras estabelecidas por especialistas da Ciência, por isso as grafias mais atuais podem não estar ainda registradas nos dicionários de Língua Portuguesa. Nessa obra, utilizamos a grafia recomendada pelo SI que pode ser lida no documento indicado no boxe Espaços de aprendizagem.

ESPAÇOS DE APRENDiZAGEM

• Este documento detalha as normas associadas às unidades de medida no Brasil, como nomenclatura e valores. INSTITUTO NACIONAL DE METROLOGIA, QUALIDADE E TECNOLOGIA; INSTITUTO PORTUGUÊS DA QUALIDADE. Sistema Internacional de Unidades (SI). Tradução: Grupo de Trabalho luso-brasileiro do Inmetro e IPQ. Brasília, DF: Inmetro; Caparica: IPQ, 2021. Tradução luso-brasileira da 9a edição. Disponível em: https://www.gov. br/compras/pt-br/ acesso-a-informacao/ noticias/si_versao_ final.pdf. Acesso em: 29 ago. 2024.

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Analise alguns dos prefixos definidos pelo SI. Prefixos utilizados no SI Prefixo

Símbolo

10n

Equivalente numérico

yotta

1024

1 000 000 000 000 000 000 000 000

zetta

1 000 000 000 000 000 000 000

exa

1 000 000 000 000 000 000

peta

1 000 000 000 000 000

tera

1012

1 000 000 000 000

giga

1 000 000 000

mega

1 000 000

kilo

1 000

hecto

102

100

deca

deci

centi

0,01

mili

10_3

0,001

micro

0,000001

nano

0,000000001

pico

_12

0,000000000001

femto

10_15

0,000000000000001

atto

_18

0,000000000000000001

zepto

_21

0,000000000000000000001

yocto

_24

0,000000000000000000000001

0,1

_1 _2

Fonte: INSTITUTO NACIONAL DE METROLOGIA, QUALIDADE E TECNOLOGIA. Quadro geral de unidades de medida no Brasil. [Brasília, DF]: Inmetro, [2023]. p. 3. Disponível em: https://www.gov.br/inmetro/pt-br/centrais-de-conteudo/publicacoes/ documentos-tecnicos-em-metrologia/quadro-geral-de-unidades-de-medida-no-brasil.pdf. Acesso em: 29 ago. 2024. A jarda

A polegada

Com o decorrer do tempo, foram encontradas diferentes maneiras de medir dimensões ou distâncias e foram inventados diferentes padrões que serviam como referência. Na Inglaterra, por exemplo, utilizavam-se polegada, pé, jarda e milha. O problema é que essas formas de medir variavam conforme o contexto e o lugar. A polegada, por exemplo, referia-se à largura do polegar da mão. Porém, nenhuma mão é igual à outra, portanto cada mão tem uma polegada diferente.

O sistema de medidas conhecido como sistema imperial utilizava o tamanho de algumas partes do corpo do regente atuante para estabelecer as medidas da polegada, da jarda e do pé.

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RZOOG/SHUTTERSTOCK.COM

ALEX SILVA

Comprimento

O pé

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UNIDADE

HJBC/SHUTTERSTOCK.COM

Por isso, em 1791, a Assembleia Nacional Francesa incumbiu a Academia de Ciências da França de elaborar um sistema de medida decimal simples. Assim nasceu o metro, que foi definido como a distância do Polo Norte à linha do equador, passando por Paris, dividida por 10 milhões. Para facilitar a utilização desse padrão de medida, foi produzida uma barra de liga platina-irídio, com duas marcas que definiam o tamanho do metro. Ela foi depositada no Escritório Internacional de Pesos e Medidas (Bureau International des Poids et Mesures), em Paris, na França, e foi usada como referência para o tamanho Medida gravada no mármore utilizada do metro de 1889 até 1960. como referência para o metro entre 1889 No entanto, por causa da busca crescente por uma maior e 1960, em Paris (França), 2022. precisão e do fato de a Terra não ser uma esfera perfeita, houve necessidade de estabelecer uma nova definição, que é a usada atualmente: a grandeza comprimento (d) é a quantidade de espaço ou distância entre dois pontos e sua unidade de medida padrão é o metro (m), definido pela distância que a luz percorre no vácuo durante o intervalo de tempo correspondente a 0,0000000033 segundo. As demais unidades de medida do comprimento não deixaram de existir ou mesmo de ser utilizadas, apenas não são mais consideradas unidades de medida padrão. Ainda assim, é comum que elas sejam usadas em determinados ambientes. A milha náutica, por exemplo, é comumente utilizada para medir distâncias em navegações marítimas. Elas podem ser definidas com base no metro, conforme exemplificado a seguir. Equivalência entre metro e outras unidades de medida Unidade

Equivalência em metro

Polegada

0,0254 m

Pé

0,3048 m

Jarda

0,9144 m

Milha terrestre

1 609 m

Milha marítima

1 852 m

Volume A grandeza volume (V) é a quantidade de espaço que determinado corpo ocupa e pode ser expressa em unidades cúbicas, dadas pelo produto do comprimento, da largura e da altura. Por exemplo, uma caixa de leite normalmente tem 7 cm de comprimento, 7 cm de largura e 21 cm de altura, que, multiplicados, resultam em um volume de 1 029 cm3. Outra unidade de medida comum para o volume é o litro (L). Entretanto, a unidade de medida padrão, estabelecida pelo SI, é o metro cúbico (m3). Analise algumas equivalências importantes, relativas ao volume, bem como exemplos de situações em que elas são aplicadas. Equivalência entre algumas unidades de medida de volume Unidades de medida

Símbolos

Exemplo de aplicação

Centimetro cúbico e mililitro

1 cm = 1 mL

Doses de remédio e volumes de bebidas

Decimetro cúbico e litro

1 dm = 1 L

Combustíveis e tintas para pintura de parede

Metro cúbico e kilolitro

1 m3 = 1 kL

Consumo residencial de água

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REPRODUÇÃO/INSTITUTO NACIONAL DE PADRÕES E TECNOLOGIA, MARYLAND, EUA

Massa

O protótipo internacional do kilograma, também chamado de Le Grand K, ou Big K ou IPK, corresponde à massa de um objeto de liga platina-irídio.

Para a Química, a grandeza massa, representada pela letra m, é a quantidade de matéria que compõe um corpo. Por estar relacionada com a quantidade, é uma propriedade extrínseca: quanto maior for a quantidade, maior será a massa, em uma relação diretamente proporcional. O kilograma, segundo o SI, é a unidade de medida padrão para massa e seu símbolo é kg. Como verifica-se no quadro Prefixos utilizados no SI, o kilograma corresponde a 1 000 ou 103 gramas (g). De 1889 até 2019, a definição do kilograma se baseou em um protótipo de cilindro metálico constituído de platina e irídio. Com base nessa referência, calculava-se a massa de uma série de materiais, até mesmo de subpartículas como o próton e o elétron. A partir de 2019, em razão da perda de massa do protótipo, a unidade passou a ser definida com base em uma constante fundamental, no caso, a constante de Planck, postulada pelo físico alemão Max Planck e representada por h. Assim, o kilograma, de acordo com o novo SI, é estabelecido com base em h, expressa em kg ? m2 ? s_1. h m_2 ? s 6,63 ? 10_34

1 kg = ESPAÇOS DE APRENDiZAGEM

• Este artigo discute a nova definição de kilograma, que passou a vigorar a partir de 2019. PARA manter o peso. Pesquisa Fapesp, São Paulo, ed. 256, jun. 2017. Disponível em: https://revistapesquisa. fapesp.br/paramanter-o-peso/. Acesso em: 29 ago. 2024.

Não precisa se preocupar com o significado dessa constante. O objetivo, aqui, é apenas deixar claro que a Ciência busca sempre o máximo de precisão e exatidão em suas definições. No entanto, no dia a dia, esse nível de precisão e exatidão não é necessário para determinar, por exemplo, a massa corporal ou as quantidades de uma receita.

Densidade É senso comum a ideia de que o chumbo é pesado e o algodão é leve. No entanto, um kilograma de chumbo tem a mesma massa que um kilograma de algodão. Então, de onde vem esse senso comum? Ele vem do entendimento equivocado de uma grandeza chamada densidade, que é a razão entre a massa e o volume de um material, sendo seu símbolo a letra grega T (lê-se: rô). O chumbo é muito mais denso que o algodão, o que significa que, comparando um mesmo volume de ambos os materiais, há mais massa de chumbo do que de algodão. Em outras palavras, como o chumbo é mais denso que o algodão, uma caixa de algodão será muitas vezes maior do que uma caixa de chumbo de massa igual. A unidade de medida padrão da densidade no SI é o kilograma por metro cúbico (kg/m3), mas ela é expressa com mais frequência em grama por centimetro cúbico ou grama por mililitro (g/cm3 ou g/mL). Densidade de alguns materiais (25 °C, 1 atm)

Fonte: RUSSELL, John B. Química geral. 2. ed. São Paulo: Pearson Makron Books, 2004. v. 1, p. 41.

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Material

Densidade

Material

Densidade

Água (l)

0,997 g/cm

Leite integral (l)

1,03 g/cm3

Álcool etílico (l)

0,789 g/cm3

Cloro (g)

0,0029 g/cm3

Alumínio (s)

2,70 g/cm3

Mercúrio (l)

13,6 g/cm3

Cera de abelha (s)

0,96 g/cm3

Nitrogênio (g)

0,0013 g/cm3

Chumbo (s)

11,3 g/cm3

Ouro (s)

19,3 g/cm3

Nota: (l) é representação para líquido; (s), para sólido; e (g), para gasoso.

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UNIDADE

Como alguns desses materiais podem apresentar composições variadas, os valores de densidade também podem variar. Considere a gasolina, por exemplo. A Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP) estabeleceu, por meio da resolução ANP no 807, de 23 de janeiro de 2020, que a gasolina deve ter uma densidade padrão mínima de 0,715 g/mL (considerando a adição de 27% de etanol). Sabe-se que esse valor pode variar para mais ou para menos, de acordo com a quantidade de impurezas. Uma densidade abaixo de 0,715 g/mL indica que ela pode ter sido adulterada. Quando passar por um posto de gasolina, observe que, ao lado das bombas, há um densímetro, uma ampola de vidro que serve para medir a densidade do combustível.

Pressão REPRODUÇÃO/UNIVERSIDADE DE LISBOA

A pressão (p) é uma grandeza física que expressa a quantidade de força aplicada sobre determinada área, sendo o pascal (Pa) a unidade padrão utilizada para expressá-la. Essa grandeza pode ser utilizada para quantificar a pressão atmosférica, a pressão em fluidos e diversas outras aplicações científicas e industriais. O pascal é definido como a pressão uniforme exercida pela força de um newton por metro quadrado (N/m2). O fenômeno pressão está presente em diversas situações. Em uma hidrelétrica, por exemplo, a pressão exercida pela quantidade de água que cai sobre as pás gira uma turbina e gera energia elétrica; mergulhos em águas profundas podem ser perigosos por causa da pressão exercida pela água no mergulhador; na superfície da Terra, as pessoas estão sujeitas à pressão exercida sobre elas pela atmosfera. Réplica do barômetro inventado em 1643 pelo físico e matemático italiano Evangelista Torricelli (1608-1647). O aparelho foi criado para medir a pressão atmosférica.

Temperatura A medição da grandeza temperatura (T), utilizando-se termômetros e escalas, começou no século XVIII. Hoje, ela pode ser expressa em diferentes escalas: Celsius, Fahrenheit ou Kelvin (K), sendo esta última a estabelecida pelo SI como padrão.

TSY

LE BO

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Os termômetros podem ser utilizados em diversas situações, por exemplo, para aferir se um alimento está na temperatura de cocção desejada.

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Comparação entre três escalas de temperatura Escala

Celsius

Fahrenheit

Kelvin (absoluta)

Proposta por

Anders Celsius (1701-1744)

Daniel Gabriel Fahrenheit (1686-1736)

William Thomson Kelvin – Lord Kelvin (1824-1907)

Formação e nacionalidade

Astrônomo sueco

Físico naturalizado neerlandês

Matemático, físico e engenheiro britânico

grau Celsius °C

grau Fahrenheit °F

kelvin K

Temperatura de congelamento da água

0 °C

32 °F

273,16 K

Temperatura de ebulição da água

100 °C

212 °F

373,16 K

Temperatura de fusão da água.

Temperatura de congelamento de uma mistura de água, gelo pilado, sal e amônia.

Temperatura mais baixa possível, em teoria.

Unidade e símbolo

Zero grau

AT¡v¡DaDeS

Não escreva no livro.

1. Faça uma pesquisa de textos ou vídeos que tratem dos ancestrais do ser humano. No caderno, anote o que você descobriu a respeito de instrumentos ou utensílios que eram utilizados por eles. Depois, descreva quais materiais compunham cada um desses instrumentos.

2. Outras unidades de medida de massa são utiliza-

das ao redor do mundo, como a onça (oz) e a libra (lb). Apesar de não serem muito utilizadas no Brasil, pode-se encontrá-las em produtos importados. Sabe-se que uma onça equivale a 28,3495 g e que uma libra equivale a 453,592 g. Em uma embalagem, estava escrito 80 oz (5 lb) como a massa do produto. Calcule a massa em kilograma desse produto utilizando uma das unidades de medida apresentadas. Qual é o fator de conversão utilizado para passar a unidade de medida de grama para onça?

3. Em dupla ou trio, realizem a medida de alguns obje-

tos presentes na sala de aula, como a carteira escolar, a mesa do professor, a largura da porta e outros que acharem interessantes. O desafio é medi-los utilizando a mão (palmo) de cada um dos integrantes do grupo. Construam, no caderno, uma tabela com as medidas e respondam aos itens. a) A quantidade de palmos para medir os objetos foi igual para cada estudante?

b) Indiquem uma forma mais precisa para determinar a medida desses objetos. SOBRE

Palmo é a distância entre a ponta do polegar e a ponta do dedo mínimo quando a mão está completamente aberta.

4. Em muitos jogos de videogame, existe uma uni-

dade de medida chamada de dano por segundo (DPS). Comumente, o DPS é apresentado seguido da letra k, como na expressão “o jogador sofreu 2,5 k de dano”. Com base no que você estudou até aqui, qual seria o valor de k? Qual foi o valor total do dano que o jogador sofreu?

5. Um termômetro foi deixado para medir a temperatura de certa quantidade de água sob aquecimento. Quando a água começou a ferver, o mostrador do termômetro estava marcando 212. Explique se o termômetro estava com defeito.

6. Uma professora apresentou alguns objetos pe-

quenos e sólidos feitos de madeira. Entregou também uma lista contendo o volume de cada um dos objetos e informou a densidade da madeira. Em seguida, pediu aos estudantes que determinassem a massa dos objetos. Como você faria para encontrar o valor da massa de cada objeto?

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4 IVAN CHISTYAKOV/ SHUTTERSTOCK.COM

Caracterizar e separar substâncias

Respostas e comentários deste Tema estão disponíveis nas Orientações para o professor.

A maioria dos materiais presentes no cotidiano das pessoas é formada pela combinação de diversas substâncias. Por exemplo, o café é formado por ácido glutâmico, ácidos graxos, alanina, arabinose, arginina, asparagina, cisteína, fenilalanina, frutose, galactose, glicina, glicose, histidina, isoleucina, lisina, maltose, metionina, polissacarídios, prolina, serina, sucrose, tirosina, treonina, triglicerídios e valina. A água potável é chamada de água mineral porque nela há diversos sais minerais. O ar é formado por diversos gases. A madeira, o vidro, o bronze e vários outros exemplos são formados por inúmeras substâncias. Diante disso, neste Tema, serão aprofundados os estudos sobre a composição dos materiais.

O café é constituído de uma série de substâncias. REfliTA

UNIDADE

TEMA

Não escreva no livro.

1 No dia a dia, você tem mais contato com substâncias ou com materiais?

SOBRE

Entidade química é o termo utilizado para se referir genericamente a átomos, moléculas e outras estruturas químicas.

Substâncias e materiais Como ponto de partida para este estudo, serão definidos dois conceitos fundamentais para o universo químico: substância e material. Substância é uma porção de matéria formada por apenas um tipo de entidade química que apresenta propriedades definidas e específicas que a caracterizam. A água, por exemplo, quando composta exclusivamente de H2O, é uma substância. No entanto, a água que as pessoas bebem, a água potável, contém pequenas quantidades de sais minerais e outras substâncias; logo, não se trata de uma substância, mas de um material, nome dado à matéria composta de mais de uma substância. Quando não se sabe a composição de uma porção de matéria – isto é, quando não se sabe se ela contém uma substância ou mais –, ela é denominada genericamente de material. Do ponto de vista da constituição, uma porção de matéria pode ser formada por uma única substância ou por várias substâncias (material).

Classificação dos materiais Se duas ou mais substâncias forem misturadas, uma das duas situações podem ocorrer: elas formam um material homogêneo ou heterogêneo. Para entender melhor como essas situações ocorrem, é preciso, primeiro, definir alguns conceitos-chave: componente, sistema e fase. Um componente é, basicamente, uma substância. Sistema é o nome dado a uma porção limitada do Universo sob estudo em que suas partes se inter-relacionam. Por fim, fase é o nome dado a cada parte do sistema que tenha a mesma constituição e as mesmas propriedades e que seja visualmente bem definida.

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A gasolina usada no abastecimento de veículos é um sistema homogêneo formado por gasolina e etanol.

Água

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Óleo

B MARCO TULIO/SHUTTERSTOCK.COM

MARCO TULIO/SHUTTERSTOCK.COM

Água Areia

Os sistemas heterogêneos A e B apresentam duas fases e dois componentes, enquanto o sistema heterogêneo C apresenta duas fases e um componente (água).

Um sistema homogêneo é, portanto, aquele no qual há uma só fase. Em qualquer ponto do sistema, a constituição e as propriedades são as mesmas. Um exemplo desse caso é a mistura de gasolina e etanol colocada nos carros como combustível. Um sistema homogêneo pode também ser formado por um único componente, ou seja, por uma única substância em um determinado estado físico, que será estudado mais adiante. Já um sistema heterogêneo é aquele no qual há mais de uma fase. Nesse caso, não há as mesmas propriedades nem uma constituição única em todos os pontos do sistema. Um exemplo é um material formado por água e óleo. Se for colocada uma porção de cada um desses líquidos em um mesmo recipiente, será constatado que o óleo fica na parte superior e a água, na inferior. Outro exemplo é o sistema pedras de gelo em um copo com água. Substâncias em estados físicos distintos têm propriedades distintas, constituindo, portanto, fases diferentes e formando um sistema heterogêneo. Assim, pode-se afirmar que um material homogêneo é um sistema homogêneo e que um material heterogêneo é um sistema heterogêneo, mas o inverso não é necessariamente verdadeiro, uma vez que há sistemas homogêneos formados por um único componente e sistemas heterogêneos formados por um único componente em estados físicos diferentes. O diagrama a seguir resume essas considerações. Substância (um componente)

Homogêneo: apresenta composição uniforme.

Material homogêneo (mais de uma substância e uma fase)

Sistema

Heterogêneo: apresenta composição não uniforme.

Tipos de sistema e de material.

Material heterogêneo (mais de uma substância e mais de uma fase) Substância em diferentes estados físicos

Duas ou mais substâncias podem formar um material homogêneo de duas maneiras: independentemente das proporções das substâncias ou de acordo com proporções restritas a faixas definidas. A água e o álcool, assim como os materiais formados por gases, são exemplos de substâncias que se misturam em quaisquer proporções. Nesses casos, o material formado é chamado de mistura.

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FABIO YOSHIHITO MATUSUURA/ACERVO DA EDITORA

UNIDADE

Já as misturas de água e sais que se dissolvem em água são um exemplo de substâncias que só se misturam em proporções restritas a faixas definidas. Se uma colher de sal for adicionada a um copo com água e a combinação for mexida, haverá dissolução total do sal, apresentando um sistema homoMaterial homogêneo gêneo: água salgada. Até a proporção na qual o sal se dissolve em água, o material homogêneo é chamado de solução. Essa quantidade máxima de substância que se dis- Não Limitação quanto Sim à proporção? solve em outra é chamada de solubilidade e será estudada posteriormente. Se o sal continuar sendo adicionado, haverá um momento em que não mais se dissolverá, e será formado um sistema heterogêneo: uma fase líquida de Mistura Solução água salgada e uma fase sólida de sal precipitado. Classificação de materiais A B C homogêneos. Copo com água e álcool (mistura) (A). Copo com água e sal (solução) (B). Copo com água, sal e precipitado (sistema heterogêneo) (C).

Estados físicos da matéria Os estados físicos da matéria são as diferentes formas em que os materiais são encontrados. Existem quatro estados físicos fundamentais: sólido, líquido, gasoso e plasma. Apesar de o plasma representar aproximadamente 99% da matéria no Universo, para a Química, os estados sólido, líquido e gasoso são os mais importantes, já que são os mais presentes na superfície da Terra.

REfliTA

Não escreva no livro.

2 Em quais situações

do cotidiano você encontra materiais nos estados sólido, líquido e gasoso?

AlGO A

O que é plasma?

PAULO HOEPER/GETTY IMAGES

Plasma é o estado físico no qual a matéria não apresenta volume nem forma definida, mas não é gás, por possuir apenas partículas carregadas eletricamente, tornando-o bom condutor elétrico. O Sol e as estrelas são formados por matéria no estado plasma. Na Terra, também encontra-se plasma em raios, em alguns tipos de chama e até em alguns objetos, como lâmpadas de neônio ou de mercúrio e telas de TV.

Raios atingem a cidade de Porto Alegre (RS), 2019. A ocorrência de raios faz com que o gás atmosférico passe a se comportar como plasma.

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Líquido

Aumento de temperatura

Gás Aumento de energia

Representação dos três estados físicos da matéria e de suas variações de movimento, energia e temperatura. Note que, à medida que a temperatura aumenta, aumentam a energia e o movimento das partículas (imagem sem escala; cores fantasia).

Diminuição do movimento das partículas

ORACICART

A matéria se organiza em diferentes estados físicos em função das interações que acontecem entre seus constituintes (átomos, moléculas etc.), da temperatura e da pressão. Os sólidos têm forma bem definida e ocupam volumes fixos. Suas partículas não se movem livremente (energia cinética baixa). Os líquidos têm volumes fixos, mas suas formas se adaptam para preencher os recipientes que os contêm, pois suas partículas se movimentam com certa liberdade (energia cinética média). Já os gases não apresentam volume fixo nem forma definida, e suas partículas se movimentam livremente (energia cinética alta), ocupando todos os espaços disponíveis de maneira uniforme.

Sólido

Mudanças de estado físico

ORACICART

Quando uma substância muda de estado físico (por exemplo, a água líquida se torna gelo), a natureza de suas partículas não se altera. O que muda é a energia dessas partículas, manifesta por meio de seu grau de agitação, que é menor no sólido, intermediário no líquido e maior no gasoso. Por isso, em situações de pressão constante, como a pressão atmosférica, é preciso fornecer energia às partículas ou removê-la para que uma mudança de estado físico ocorra, por exemplo, por meio do aumento ou da redução da temperatura. Sublimação direta

Sólido

Fusão

Vaporização

Solidificação

Liquefação Líquido

Gás

Sublimação inversa

Representação de mudanças de estado físico de uma substância genérica. O aquecimento pode transformar um sólido em um líquido e este em um gás, enquanto o resfriamento pode converter um gás em um líquido e este em um sólido. Há situações em que as mudanças do estado sólido para o gasoso (e vice-versa) podem acontecer sem passar pela fase líquida (imagem sem escala; cores fantasia).

Vale reforçar que essa é apenas uma representação didática, já que não é possível visualizar átomos ou moléculas de uma substância em um recipiente. Além disso, vale destacar que as mudanças de fase consistem em uma alteração significativa do nível de organização dos átomos (inclusive na movimentação das partículas) e não somente no distanciamento entre eles.

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UNIDADE

Uma curva de aquecimento indica Curva de aquecimento para uma como os processos de mudança de estado substância genérica à pressão constante físico à pressão constante ocorrem em relação à variação da temperatura. Temperatura (°C) Como as mudanças de estado físico Vaporização estão relacionadas com as interações Líquido + que ocorrem entre as partículas e com Gasoso Gasoso as condições a que estão submetidas, a Temperatura Fusão de ebulição uma pressão constante, cada substância Sólido Líquido + mudará de estado físico a uma tempeLíquido Temperatura ratura específica. A temperatura a qual de fusão uma substância passa do estado sólido Sólido para o líquido é chamada de temperatura Tempo (min) de fusão, e a temperatura a qual uma substância passa do estado líquido para o gasoso é chamada de temperatura de ebulição. Cada substância tem uma temperatura de fusão e uma temperatura de ebulição, portanto elas podem ser utilizadas para caracterizá-la. Considere a água pura como exemplo: suas temperaturas de fusão e de ebulição são constantes e não variam durante os processos de mudança de estado. À pressão de 1 atm, a temperatura de fusão da água é 0 °C, e a temperatura de ebulição é 100 °C, de modo que esses valores são características específicas da água e podem ser utilizados para determinar se uma substância é ou não água.

VANESSA NOVAES

Curva de aquecimento de substâncias

MEHMETCAN/SHUTTERSTOCK.COM

Curva de aquecimento de materiais No caso de um material, as temperaturas de fusão e de ebulição não se mantêm constantes durante o processo de mudança de estado físico. Por causa disso, a curva de aquecimento de um material será diferente da curva de aquecimento de uma substância, fato que pode ser utilizado para diferenciar materiais de substâncias. Há alguns materiais que, ao mudar do estado sólido para o líquido, comportam-se como se fossem substâncias, ou seja, fundem-se à temperatura constante. Eles são chamados de materiais eutéticos. Um exemplo desse caso é a liga metálica formada por 63% de estanho e 37% de chumbo, que é utilizada para fazer solda em equipamentos e circuitos elétricos.

Temperatura (°C) Gasoso

Fim da ebulição Início da ebulição

Liga metálica em processo de fundição. Algumas ligas metálicas apresentam comportamento eutético.

VANESSA NOVAES

Curva de aquecimento para um material genérico à pressão constante

Líquido + Gasoso

Fim da fusão Início da fusão Sólido

Sólido + Líquido

Líquido

Tempo (min)

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FERNANDO FAVORETTO

Há também materiais que, ao mudar do estado líquido para o gasoso, comportam-se como se fossem substâncias, ou seja, vaporizam-se à temperatura constante. Eles são chamados de materiais azeotrópicos (a palavra azeótropo, de origem grega, significa “vaporização sem mudança”). O álcool 96 °GL, material contendo 96% de álcool etílico e 4% de água, é azeotrópico. Ele era tradicionalmente comercializado em garrafas de plástico para uso doméstico. Embalagem de álcool 92,8 °INPM. Essa graduação representa a relação entre as massas das substâncias e é equivalente a 96 °GL, que se baseia na relação de volume entre elas.

FORMAÇÃO CiDADÃ MARIDAV/SHUTTERSTOCK.COM

Cuidados com o álcool etílico Leia os textos e responda às atividades.

Texto 1 O álcool etílico ou etanol foi uma das primeiras substâncias orgânicas produzidas de forma sistemática pela humanidade e, nos últimos séculos, passou a ter um papel de destaque no controle de infecções. As infecções constituem um problema de saúde pública mundial que pode ser minimizado pela adoção de medidas básicas de prevenção, como a higienização.

Higienização das mãos com álcool em gel.

Desde 2002, a Agência Nacional de Vigilância Sanitária (Anvisa) proíbe a comercialização, para a população geral, de álcool líquido com porcentagem de álcool igual ou acima de 70% (também identificado como 70 °GL – graus Gay-Lussac, unidade de medida do grau alcoólico de materiais líquidos). O objetivo dessa proibição é impedir acidentes com os materiais, especialmente os de 96 °GL, que são altamente inflamáveis. Utilizados para acender fogo, frequentemente ocasionavam sérios acidentes, principalmente entre crianças. Outro problema era a possível ingestão acidental desses materiais. Hoje, esse tipo de álcool só pode ser comercializado em forma de gel, lenço impregnado ou aerossol, pois essas são opções mais seguras. A forma líquida pode se espalhar facilmente antes e durante a combustão, aumentando o risco de acidentes. Além disso, o álcool líquido é mais facilmente ingerido, o que não ocorre com as demais formas.

OCSKAYMARK/GETTY IMAGES

Texto 2

Atualmente, para acender churrasqueiras e fogueiras, existem diversos produtos mais seguros que podem substituir o álcool líquido 96 °GL.

Por um breve período durante a pandemia de covid-19, as vendas de álcool 70 °GL foram liberadas em mercados e outros estabelecimentos, por causa da escassez momentânea de matéria-prima para a produção do álcool em gel. AT¡v¡DaDeS

Não escreva no livro.

1. Pesquise o uso do álcool etílico na higienização e no controle de doenças e apresente os resultados para seus colegas.

2. Por que o álcool mais indicado para higienização tem graduação 70 °GL? Por que ele é mais indicado que o álcool 96 °GL, por exemplo? Realize uma pesquisa para responder.

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UNIDADE

REfliTA

Não escreva no livro.

As substâncias encontradas na natureza estão geralmente associa- 3 No dia a dia, que situações exigem das umas às outras, na maioria das vezes, na forma de materiais, tanto que você separe homogêneos quanto heterogêneos. Assim, frequentemente, torna-se materiais? necessário, nas residências ou nas indústrias, separar diferentes substâncias presentes nos materiais. O açúcar consumido pelas pessoas, por exemplo, é extraído da cana-de-açúcar por meio de processos químicos e físicos de separação. O ouro é um raro exemplo de substância presente no ambiente natural, pois pode ser encontrado na forma de pepitas (pedras de ouro puro). No entanto, essas pepitas normalmente estão misturadas a grandes quantidades de outros materiais, como o cascalho, sendo necessário separá-las para se obter o ouro. É provável que o método de separação mais antigo seja a catação. Ela é empregada em muitas situações simples do cotidiano e é utilizada também, por exemplo, por outros primatas, para escolher grãos que servem de alimento. A catação consiste em selecionar, utilizando as mãos ou alguma ferramenta como uma pinça, os materiais que se deseja separar, de acordo com diferenças perceptíveis visualmente de tamanho, formato, textura ou cor. Essa técnica é comumente usada no preparo de refeições, como na separação de feijão para eliminar grãos ruins ou outras partículas estranhas antes de cozinhá-lo. A separação dos componentes de um material pode ser realizada por diversas técnicas, considerando diferenças existentes entre uma ou mais propriedades físico-químicas desses componentes. Pessoa separa grãos de feijão.

FERNANDO FAVORETTO

Separando substâncias

Selecionar os materiais que se deseja separar, um a um, como na catação, pode não ser prático. Imagine: quantas pessoas seriam necessárias e quanto tempo se gastaria para remover todas as pedras da areia contida em um caminhão carregado? Em casos como esse, normalmente, a peneiração é utilizada. Também chamada de tamisação, essa técnica separa materiais mediante o uso de peneiras, que podem ser fabricadas de tecido, madeira, metal, plástico etc. Peneiras com espaços diferentes entre os fios de suas malhas podem ser utilizadas em uma separação, obtendo-se frações com materiais formados por grãos ou partículas de diferentes diâmetros.

NEW AFRICA/ SHUTTERSTOCK.COM

Separação por diferença de tamanho de partícula

O tamanho dos espaços entre os fios das malhas de uma peneira é determinante para o tipo de material que ela será capaz de separar.

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RABBITMINDPHOTO/SHUTTERSTOCK.COM

+ Sólido

Filtro de papel

Líquido

PAULO CÉSAR PEREIRA

Uma maneira de realizar a separação de materiais que contêm sólidos e líquidos ou sólidos e gases é a filtração, que ocorre segundo o mesmo princípio da peneiração, mas por meio do uso de filtros em vez de peneiras. A separação ocorre pela diferença de tamanho das partículas: as maiores do que os poros do filtro ficam retidas e as menores o atravessam. Os filtros podem ser de papel, como os utilizados para preparar café, de cerâmica, como os usados nas velas de filtros de água, de algum polímero ou de outros materiais porosos. Às vezes, as partículas sólidas são tão pequenas que dificultam o processo de separação, tornando-o muito lento. Para aumentar sua rapidez, pode-se realizar uma filtração a vácuo ou filtração à pressão reduzida, fazendo uso de um mecanismo (bomba ou trompa de vácuo) que suga o ar de dentro do recipiente que coleta o líquido, denominado kitassato. A baixa pressão criada dentro do kitassato acelera a passagem do líquido pelo filtro, tornando o processo mais veloz. Material líquido

Representação de um procedimento de filtração simples (imagem sem escala; cores fantasia). Filtração a vácuo. AlGO A

Filtros de ar

Veículo com motor à combustão emitindo fumaça escura. A legislação brasileira impõe limites para a emissão de fumaça por veículos, sob pena de multa, pontos na carteira de motorista e apreensão do veículo para regularização, a depender do caso.

TOA55/SHUTTERSTOCK.COM

Os filtros também são utilizados para separar sólidos de gases em diferentes aplicações. Uma delas é a filtração dos gases que entram nos motores à combustão de automóveis e saem de seus escapamentos. A troca regular dos filtros de ar dos veículos garante a entrada de ar limpo no motor, prolongando sua vida útil, além de favorecer a economia de combustível e a liberação de ar mais limpo pelo escapamento, reduzindo a emissão de poluentes na atmosfera.

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UNIDADE

Separação por diferença de densidade

SELMA CAPARROZ

Alguns materiais formados por componentes sólidos podem ser separados de acordo com a densidade desses componentes. Nesse caso, pode-se utilizar o método da ventilação, o qual, por meio de um fluxo de ar aplicado ao material, carrega os componentes de menor densidade, afastando-os dos componentes de maior densidade, que ficam retidos. A ventilação é empregada, por exemplo, para separar grãos de arroz de suas cascas. Outros exemplos envolvem o uso de câmaras de poeira, ou chicanas, que funcionam como um túnel com vários obstáculos que dificultam a passagem dos materiais mais densos, retendo-os. Gás + Sólido

Representação de uma câmara de poeira (imagem sem escala; Partículas sólidas cores fantasia).

Um recipiente conhecido como bateia é utilizado para separar o ouro da lama e da areia. Amajari (RR), 2021.

CADU DE CASTRO/PULSAR IMAGENS

Já a flotação é uma técnica baseada na flutuação, que tem como princípio a utilização de um líquido ou, em alguns casos, de bolhas de ar para separar componentes de densidades diferentes. Para separar bolinhas de cortiça de pedras, por exemplo, pode-se adicionar água ao material, fazendo com que apenas a cortiça flutue e possa ser separada da água por outro método, como a catação ou a peneiração. Essa técnica é muito comum em processos de Processo de flotação realizado em tanque tratamento de água, que, com o auxílio de microboindustrial. lhas de ar, utilizam a flotação para mover à superfície impurezas presentes na água. Quando o componente desejado é o mais denso e afunda na água, é possível utilizar o processo chamado de levigação. Esse método emprega um fluxo de líquido para carregar o componente menos denso, enquanto o mais denso fica retido no recipiente utilizado. É assim que garimpeiros separam metais preciosos, como ouro, de outras impurezas.

ANDREY RADCHENKO/ALAMY/FOTOARENA

Gás

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ON ZO

H/ALAMY/FOTOARENA GMB AR

Outro processo fundamentado nas diferenças entre as densidades dos componentes de um material heterogêneo é a decantação. Ela pode ser observada em águas cristalinas de um rio ou de um lago em que o fundo pode ser visualizado. Ao mexer o sedimento depositado no fundo, suspendendo-o, a água fica turva. No entanto, com o tempo, as partículas se depositam até que a água fique límpida novamente. É o mesmo que acontece quando ondas se quebram na praia, e a água se mistura com a areia. Quando a onda volta ao mar, água e areia separam-se novamente. Esses exemplos demonstram um aspecto importante da decantação: normalmente é preciso esperar certo tempo até que as fases dos materiais se separem. A decantação também pode ser utilizada para separar líquidos imiscíveis, como óleo de cozinha e água. Nesse caso, pode-se realizar a decantação com o auxílio da técnica da sifonação ou de um instrumento conhecido como funil de separação (ou funil de decantação). Na sifonação, uma das extremidades de um tubo ou de uma mangueira é mergulhada no líquido que se deseja remover do material heterogêneo; a outra extremidade é colocada em um recipiente em uma posição mais baixa que o recipiente contendo o material. Desse modo, o líquido pode ser sifonado pela criação de um fluxo de líquido. O mesmo processo também pode ser usado para separar um material heterogêneo constituído de líquidos e sólidos. Em procedimentos laboratoriais, é muito comum o emprego de funil de separação, um balão de vidro que possui uma torneira em sua parte inferior. Ao abrir a torneira cuidadosamente, o líquido inferior, de maior densidade, escoa e pode ser coletado.

JAVIER JAIME/SHUTTERSTOCK.COM

SELMA CAPARROZ

Areia decantada no fundo de rio localizado em Nobres (MT), 2022.

Líquido menos denso Líquido mais denso

ANAMARIA MEJIA/ SHUTTERSTOCK.COM

Representação do processo de sifonação para separar líquidos imiscíveis com densidades diferentes (imagem sem escala; cores fantasia).

Líquido menos denso

Funil de separação. Em muitos casos, a decantação de componentes mais densos dos materiais ocorre muito lentamente. Para acelerar o processo, pode-se utilizar a centrifugação. Na centrífuga, tubos contendo os materiais giram rapidamente em torno de um eixo, e as partículas mais densas se acumulam no fundo. A centrifugação é muito utilizada para fazer a separação de componentes do sangue em diversos tipos de exame.

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UNIDADE

Separação por diferença de temperatura de mudança de estado físico

DELFIM MARTINS/PULSAR IMAGENS

Um material formado por água e sal é homogêneo e, portanto, não pode ser separado por filtração ou decantação, como uma combinação de água e areia. Uma maneira de separar um material homogêneo composto de dois componentes, um sólido e outro líquido, é por meio da evaporação do líquido, que tem menor temperatura de ebulição. A evaporação é um processo gradual que ocorre a pressão e temperatura ambientes e se baseia na diferença entre as taxas com que os componentes do material passam do estado líquido para o gasoso. Essa técnica é a mesma utilizada nas salinas para extrair sal da água do mar, em que a radiação solar e o vento favorecem a evaporação da água e a cristalização do sal. O Rio Grande do Norte é conhecido nacionalmente por suas salinas. Altas temperaturas e vento, muito comuns no estado, são combinações perfeitas para a extração do sal da água do mar. Salina em Areia Branca (RN), 2012.

Balão de fundo redondo

A Termômetro

Erlenmeyer

PAULO CÉSAR PEREIRA

LUIS MOURA

Quando o principal interesse está no componente líquido e não no sólido ou quando se quer obter ambos, pode-se utilizar a destilação simples. Esse método de separação envolve aquecimento do material em um recipiente até que o componente líquido (que pode ser água ou outro solvente) atinja a temperatura de ebulição e passe para o estado gasoso, restando o sólido depositado no fundo do recipiente. O componente no estado gasoso atravessa um aparato chamado de condensador, que o resfria e o torna novamente líquido. Este é coletado em outro recipiente, geralmente um erlenmeyer. Termômetro

Condensador

Saída de água

Material homogêneo

Bico de Bunsen

Entrada de água

Líquido coletado (destilado)

Coluna de fracionamento

Erlenmeyer

Manta de aquecimento

Material homogêneo

Balão de fundo redondo

Líquido coletado (destilado)

Representação de aparato laboratorial de destilação simples, utilizado para realizar a separação de sólido e líquido de um material homogêneo (A). Representação de aparato laboratorial de destilação fracionada, utilizado para realizar a separação de líquidos de um material homogêneo (B) (imagens sem escala; cores fantasia).

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Torre de destilação fracionada

ESTÚDIO AMPLA ARENA

Para separar um material formado por componentes líquidos com temperaturas de ebulição muito próximas, é possível utilizar a destilação fracionada, na qual é usada uma coluna de fracionamento. Essa coluna é equipada com obstáculos que criam um gradiente de temperatura, ou seja, uma variação de temperatura ao longo da altura da coluna (mais quente na base e mais fria na saída para o condensador). Dessa forma, os componentes com menores temperaturas de ebulição chegam à saída para o condensador mais rapidamente, onde se condensam e são coletados em outro recipiente. A destilação é muito importante nos laboratórios e nas indústrias químicas. No laboratório, uma das aplicações é a purificação da água utilizada em experimentos, pois a água da torneira possui substâncias dissolvidas que podem interferir nos resultados. Na indústria, um exemplo do uso da destilação é a separação das diversas frações do petróleo cru. A destilação fracionada do petróleo envolve o aquecimento do material em uma fornalha até que gases se formem e passem por uma torre de fracionamento. Como no caso da coluna de fracionamento, a torre tem um gradiente de temperatura, ou seja, uma variação de temperatura ao longo de sua altura: temperaturas mais altas em sua base e menores nas partes superiores. Assim, as frações do petróleo, como o diesel e a gasolina, ficam na forma de gás até a altura da torre em que atingem sua temperatura de condensação, retornando à forma líquida e sendo coletadas separadamente.

Gás

Gasolina Nafta Querosene Óleo diesel Fornalha Óleo lubrificante Parafina Asfalto e piche

Torre de destilação fracionada utilizada para separação das frações do petróleo. As frações são coletadas e usadas para produzir, por exemplo, asfalto, combustível de veículos e gás de cozinha (imagem sem escala; cores fantasia).

Separação por diferença de solubilidade Como estudado, um material homogêneo pode ser denominado solução. Em uma solução, chama-se solvente o líquido em maior quantidade e soluto a substância dissolvida, que pode ser um sólido, um líquido ou um gás. Foi citado o termo solução para descrever o material formado por água e sal (cloreto de sódio). A capacidade de um solvente de dissolver um soluto depende das interações entre as substâncias. Por isso, é possível se aproveitar das diferenças de solubilidade entre materiais para separá-los, utilizando a dissolução fracionada. Nesse contexto, pode-se entender o significado de “diferenças de solubilidade”

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UNIDADE SLAWOMIR.GAWRYL/SHUTTERSTOCK.COM

em termos de homogeneidade e heterogeneidade dos materiais. Por exemplo, ao se adicionar água a uma combinação de areia e sal e agitar bem o sistema, o sal formará uma fase homogênea com a água, mas a areia continuará separada em outra fase. Na sequência, métodos de separação como a decantação e a destilação podem ser utilizados para separar completamente cada componente do sistema inicial. Se os componentes a serem separados formarem um material homogêneo com um determinado líquido, pode-se utilizar um método parecido com a dissolução fracionada denominado extração. Nesse caso, utiliza-se um líquido que promove a passagem dos materiais a serem obtidos de uma fase A B C para a outra. É o que ocorre na preparação de café, na qual substâncias solúveis em água são extraídas do pó de café, que continua no coador. O mesmo acontece quando se prepara um chá. A adição de água quente às folhas frescas de alguma planta ou às folhas desidratadas em um Antes (A), durante (B) e depois (C) de um processo de extração, saquinho resulta em uma solução chamada com água quente, das substâncias solúveis que vão compor o chá. de chá.

Cuba de eletroforese.

GGW/SHUTTERSTOCK.COM

SCIENCE PHOTO LIBRARY/ FOTOAREN A

Nos laboratórios de Química, separar substâncias de materiais pode ser algo simples ou um grande desafio. Por isso, ao longo do tempo, foram desenvolvidas inúmeras técnicas avançadas de separação, que normalmente se baseiam em mais de uma propriedade dos materiais. Na diálise, por exemplo, os componentes são separados de acordo com a solubilidade e o tamanho das partículas. Um caso desses é a hemodiálise, um processo artificial de filtração do sangue necessário quando os rins de uma pessoa não funcionam adequadamente. O aparelho serve como um rim artificial que, usado periodicamente, melhora a saúde do paciente. Já na eletroforese, os componentes são separados com base no tamanho das partículas e em suas propriedades elétricas, utilizando um instrumento que aplica uma corrente elétrica no sistema. A eletroforese é muito usada na separação de proteínas em análises clínicas. A cromatografia é o método de separação que se baseia na diferença de intensidade das interações entre as substâncias de um material e as duas fases do sistema cromatográfico: a fase móvel, constituída por um fluido, que pode ser líquido ou gasoso; e a fase estacionária, constituída de outro material líquido ou sólido. A mais simples é a cromatografia em papel, que pode ser feita de modo artesanal.

ZLIKOVEC/SHUTTERSTOCK.COM

Técnicas avançadas de separação de substâncias

Máquina de hemodiálise.

Separação de substâncias presentes em tintas de canetas por meio de cromatografia.

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AT¡v¡DaDeS

Não escreva no livro.

1. Analise os gráficos a seguir e indique qual

SERGIO LIMA

representa o aquecimento de um material comum, o de um material eutético e o de um material azeotrópico.

Temperatura

Temperatura de fusão Tempo

SA N

Frutas desidratadas por liofilização.

3. Descubra onde é captada a água que você re-

cebe para consumo em seu bairro e como ela é tratada. Se possível, em grupo, peçam ao professor que agende uma visita à estação de captação e tratamento de água que abastece a região onde vocês moram. seguintes materiais: água, álcool etílico, óleo de soja e sal de cozinha. Você deve combinar dois desses materiais e escrever quais combinações geram materiais homogêneos e quais combinações geram materiais heterogêneos.

5. A água pode ser encontrada em praticamente

Temperatura

todos os lugares do planeta, em oceanos, mares, lagos, rios e lençóis freáticos. Pode ser encontrada na atmosfera terrestre e nas geleiras e calotas polares. Relacione o estado físico da água com o local onde ela pode ser encontrada.

Temperatura de ebulição Temperatura de fusão Tempo

4. Considere que você tem à sua disposição os

Temperatura de ebulição

UTTERSTOCK.C

A liofilização é um processo utilizado para retirar a água de materiais sólidos, a baixas temperaturas, mantendo sua estrutura. Esse processo é muito empregado como técnica de conservação de alimentos, por exemplo, na preservação da comida que os astronautas levam em missões espaciais, ou como técnica de preparo de certas receitas. A retirada da água pelo processo de liofilização reduz a proliferação de microrganismos, aumentando o tempo de vida útil do alimento.

H I/S LL TI

6. Ao longo do dia, você tem contato com diversas

substâncias e materiais. Indique algumas dessas substâncias e o seu respectivo estado físico.

Temperatura

7. Você já deve ter estudado o ciclo da água, pro-

Temperatura de ebulição Temperatura de fusão Tempo

cesso em que a água muda de estado físico gerando alguns fenômenos meteorológicos conhecidos, como a chuva. Descreva como ocorre o ciclo da água, nomeando as mudanças de estados físicos.

8. Indique qual processo de separação de subs2. Realize uma pesquisa e responda às questões. a) Por que não se deve beber água destilada? b) Por que não se utiliza água mineral, própria para beber, em laboratórios de Química, e sim água destilada? c) O que diferencia uma da outra?

tâncias você utilizaria para as situações apresentadas a seguir. I. Remover a gordura presente no leite para obter o leite desnatado. II. Separar sólidos com tamanhos distintos. III. Separar um sólido insolúvel de um líquido. IV. Separar um sólido solúvel de um líquido.

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5 SOBRE

Um fenômeno é qualquer evento ou ocorrência observável que se manifesta no mundo natural ou no contexto humano. O termo é derivado da palavra grega phainomenon, que significa “observável”.

Transformações da matéria

Respostas e comentários deste Tema estão disponíveis nas Orientações para o professor.

A natureza é dinâmica e repleta de fenômenos naturais. Em muitos desses fenômenos, é possível observar uma porção de matéria se alterando e se tornando uma matéria distinta, com propriedades diferentes. Já em outros fenômenos, observam-se transformações sem, no entanto, haver formação de uma matéria distinta. Como exemplo de fenômenos naturais que envolvem transformações da natureza da matéria, pode-se citar a fotossíntese, processo químico realizado por plantas, algas e algumas bactérias, em que a energia luminosa do Sol é utilizada para converter dióxido de carbono e água em glicose e gás oxigênio. Já o ciclo da água pode ser citado como um fenômeno natural em que a matéria não muda de natureza. Nesse ciclo, a água passa por diferentes estados físicos – sólido (gelo), líquido (água) e gasoso (vapor de água) – por meio de processos como fusão, evaporação e condensação. A água líquida nos oceanos, rios e lagos absorve energia solar e se transforma em vapor de água, que sobe para a atmosfera, onde se resfria e se condensa, formando nuvens (água em estado líquido ou sólido, no caso de cristais de gelo). Quando as gotículas de água nas nuvens se juntam e crescem, elas caem de volta à Terra como chuva, neve ou granizo. Neste Tema, serão apresentadas as transformações físicas e químicas da matéria, com ênfase na segunda.

ANDRE DIB/PULSAR IMAGENS

Precipitação na Floresta Amazônica e no Rio Juruá. Reserva Extrativista do Médio Juruá, Carauari (AM), 2022.

UNIDADE

TEMA

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Transformações físicas e químicas Não escreva no livro.

REfliTA

1 Para você, o que significa a palavra transformar? 2 O que acontece com os materiais que se transformam? Nas imagens a seguir, é possível identificar que algumas transformações ocorreram. Você saberia dizer quais? Os materiais são os mesmos antes e depois desses processos? B

ALEX BOC/SHUTTERSTOCK.COM

SUPIDA KHEMAWAN/SHUTTERSTOCK.COM

Estimular as respostas apresentando alguns questionamentos: um copo inteiro é feito de qual material? Quando um copo se quebra, ele deixa de ser feito de vidro? Pode-se iniciar aqui o estímulo às evidências de uma transformação química, como a mudança de cor no processo de fritar um ovo.

NATA_ASTER/ SHUTTERSTOCK.COM

Copos quebrados (A) e fritura de ovos (B), exemplos de processos que transformam os materiais.

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O copo de vidro se transformou em pedaços menores quando se quebrou, mas o material (vidro) continua o mesmo. Nesse caso, pode-se dizer que ocorreu uma transformação física, pois não houve formação de novas substâncias. A composição da matéria é a mesma, antes e depois do fenômeno. Há muitos outros fenômenos físicos presentes no dia a dia das pessoas. São exemplos a eletricidade que circula na rede elétrica das residências, uma lâmpada acesa emitindo luz, o funcionamento do motor de um liquidificador, o som que sai do rádio, entre outros. Já os componentes presentes no ovo são alterados quando ele é frito, em razão do calor da frigideira. Há mudança perceptível na aparência, na textura e no sabor do ovo, antes e depois da fritura, porque são formadas novas substâncias. Dessa forma, pode-se dizer que houve uma transformação química. Há também muitos outros fenômenos químicos presentes no cotidiano das pessoas. Em um café da manhã, saboreiam-se diversos alimentos sem a necessidade de transformá-los quimicamente. No entanto, antes de chegarem à mesa, eles passam por muitas transformações químicas. No preparo do pão, a massa é fermentada e, depois, assada. Para obter a manteiga e o queijo, são executados vários processos, tendo o leite como principal ingrediente. O aquecimento da água para o preparo do café pode ser feito sobre a chama resultante da queima do gás de cozinha, uma transformação química. As transformações químicas estão envolvidas em processos cotidianos, como no preparo do pão.

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UNIDADE

Como mencionado anteriormente, a Química é a Ciência que estuda as substâncias, os materiais e suas transformações e, por essa razão, tem proporcionado à humanidade um domínio dos fenômenos químicos. Esse domínio não começou com o estabelecimento dessa Ciência da Natureza, ele vem sendo construído ao longo dos séculos pelo ser humano, que, por causa do interesse em entender a matéria, desenvolveu técnicas para transformá-la. No entanto, a Química, desde sua criação, tem acelerado o entendimento sobre a transformação da natureza. Dessa forma, é importante que sejam promovidas maneiras mais responsáveis e sustentáveis de lidar com os desafios atuais, como a produção de energia, de novos materiais e de tecnologias. AlGO A

A qualidade do café está diretamente relacionada às transformações físicas e químicas que ocorrem nas etapas de cultivo, beneficiamento e industrialização dos grãos. Dependendo das condições em que ocorrem, essas transformações conferem acidez, coloração e aroma diferentes ao produto, gerando uma variedade de tipos. A instrução normativa n o 8, de 11 de julho de 2003, legisla sobre a qualidade do café cru (café verde). Já a portaria no 570, de 9 de maio de 2022, é o instrumento legal que estabelece o padrão oficial de classificação do café torrado.

Torrado e Moído 0,1% Solúvel 7,6%

SERGIO LIMA

O café de origem brasileira é apreciado mundialmente e se destaca por sua boa qualidade. Não à toa, o país é um dos maiores exportadores do setor. Segundo relatório de 2024, indicado na fonte do gráfico sobre a exportação brasileira de café, cerca de 105 países compram o café do Brasil, cuja produção atingiu mais de 43,7 milhões de sacas no ano-cafeeiro de 2023-2024. Dessas, 92,3% correspondem a sacas do grão cru (dos tipos arábica e robusta) e 7,7% correspondem a café industrializado (solúvel, torrado e moído).

Exportação brasileira de café no ano-safra 2023-2024

Robusta 16,6%

Arábica 75,7%

Fonte: CONSELHO DOS EXPORTADORES DE CAFÉ DO BRASIL. Relatório mensal: maio 2024. [São Paulo]: Cecafé, 2024. p. 10. Disponível em: http://www.consorciopesquisacafe.com.br/images/ stories/noticias/2021/2024/Maio/CECAFE_Relatorio_Mensal_ MAIO_2024.pdf. Acesso em: 2 set. 2024.

JLCO JULIA AMARAL/SHUTTERSTOCK.COM

A Ciência para a qualidade do café

Considerada uma das bebidas mais consumidas no mundo, o café é um item bastante presente na alimentação da população brasileira.

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Indústria química e sustentabilidade

MARIO FRIEDLANDER/PULSAR IMAGENS

A indústria química é o setor econômico dedicado à produção e à transformação de substâncias químicas. Ela abrange desde a fabricação de produtos químicos básicos, como ácidos e amônia, até fertilizantes, plásticos e produtos farmacêuticos. Utiliza processos químicos e tecnológicos para converter matérias-primas em produtos acabados ou semiacabados, desempenhando um papel fundamental no cotidiano das pessoas e em diversas áreas da economia. Pode-se afirmar que, atualmente, é muito comum usar produtos fabricados pela indústria química ou por indústrias que utilizam insumos fornecidos pela indústria química.

Vista aérea de fábrica de fertilizantes para agricultura (indústria agroquímica). Sinop (MT), 2021. ESPAÇOS DE APRENDiZAGEM

• Texto que discute questões sobre a cidade de Cubatão (SP), que já foi considerada a mais poluída do mundo pela Organização das Nações Unidas (ONU). COMPANHIA AMBIENTAL DO ESTADO DE SÃO PAULO. Cubatão comemora quatro décadas de Vale com vida. São Paulo: Cetesb, 2024. Disponível em: https://cetesb.sp.gov. br/blog/2024/03/14/ cubatao-comemoraquatro-decadas-devale-da-vida/. Acesso em: 1 set. 2024.

Em 2022, a indústria química global movimentou aproximadamente 5 trilhões de dólares, valor que reflete a magnitude e o impacto do setor na economia mundial. No Brasil, uma das maiores economias do mundo, a indústria química tem grande relevância e, em 2022, movimentou 120 bilhões de euros, de acordo com The European Chemical Industry Council (“Conselho da Indústria Química Europeia”, em tradução livre). Por estar tão presente na sociedade e não se isentar das discussões a respeito do ambiente e de sua preservação, a indústria química tem buscado mais eficiência, reduzindo o uso de energia e ampliando o tratamento de rejeitos. No entanto, seu impacto ambiental segue sendo uma preocupação. Para avançar na sustentabilidade, é fundamental que continue adotando práticas que reduzam a emissão de poluentes e o desperdício de recursos. Isso inclui a implementação de tecnologias mais limpas, o desenvolvimento de processos químicos mais eficientes e a utilização de matérias-primas renováveis. Além disso, precisa investir em reciclagem, promovendo uma economia circular que minimiza o impacto ambiental. Ao adotar essas práticas, a indústria química pode contribuir significativamente para a preservação ambiental e o desenvolvimento sustentável, equilibrando suas atividades produtivas com a responsabilidade ecológica.

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UNIDADE

FORMAÇÃO CiDADÃ

A Química para uma economia global sustentável O Fórum Econômico Mundial (FEM) é uma organização internacional que promove um encontro anual em Davos (Suíça), cujo objetivo é facilitar iniciativas de cooperação entre os setores público e privado. Nesses encontros, pessoas influentes, como empresários, ativistas, figuras políticas e outras personalidades, discutem questões relevantes para o desenvolvimento socioeconômico mundial. Em 2020, um dos centros de pesquisa associados ao FEM divulgou um relatório, apresentando alguns dos setores econômicos considerados estratégicos para o desenvolvimento de uma economia global sustentável. Sobre esse relatório, leia o trecho a seguir.

[...] O estudo dividiu esses setores em conservação do planeta, capacitação e proteção de pessoas e avanço do conhecimento. A expectativa é que eles possam mudar a forma de consumo e a relação que temos com o meio ambiente e com os negócios, desde que sejam desenvolvidos por meio de uma agenda comprometida com inovação, tecnologia e transformação socioinstitucional. […] Além do apoio governamental […] se faz necessário o envolvimento de todos os agentes e estruturas da sociedade – indivíduos, organizações, ciências, tecnologias e regras de mercado e órgãos reguladores.

Bandeiras de algumas das nações participantes do Fórum Econômico Mundial em Davos (Suíça), 2020.

MAKASANA PHOTO/SHUTTERSTOCK.COM

ANDRADE, Juliana; AGUIAR, Sofia. 20 setores que transformarão a economia global no pós-pandemia. Forbes, [São Paulo], 23 out. 2020. Disponível em: https://forbes.com.br/negocios/2020/10/20-setores-quetransformarao-a-economia-global-no-pos-pandemia/. Acesso em: 1 set. 2024.

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Dos 20 setores selecionados pelo FEM, 13 estão diretamente ligados a conhecimentos produzidos pelas Ciências da Natureza: • Veículos elétricos. • Voos espaciais. • Licença para emissão de gases. • Antivirais de amplo espectro. • Hidrogênio combustível. • Transporte de alta velocidade que utiliza • Reciclagem de plástico. cápsulas movendo-se em tubos quase a • Serviços de reflorestamento. vácuo. • Monitoramento e qualidade da água. • Novos antibióticos. • Genes e sequências de DNA. • Medicina de precisão e medicamentos • Serviços de satélite. órfãos. Muitos desses setores se baseiam em conceitos de Química ou têm grande relação com eles. Assim, pode-se dizer que os conhecimentos nessa área são fundamentais para um futuro sustentável. AT¡v¡DaDeS

Não escreva no livro.

Formem um grupo com dois ou três colegas e, com base nas informações apresentadas, respondam às questões.

1. Vocês conhecem algum dos termos da lista de setores apresentada ou já se depararam com algum deles? Qual(is)? Conversem e tentem explicar um para o outro o que entendem sobre eles.

2. Escolham três setores da lista que considerem mais interessantes. Façam uma breve pesquisa sobre eles para responder às questões a seguir.

a) Os setores escolhidos contribuem para a resolução de problemas da sociedade atual? Qual(is)? b) Eles facilitam a vida diária de uma população? De que maneira? c) Esses setores afetam o ambiente e/ou a saúde das pessoas? Como? d) Que tipo de matéria-prima e/ou tecnologias esses setores utilizam? e) Que tipo de profissionais trabalham nesses setores? f) No Brasil, existem iniciativas (empresas, institutos, centros de pesquisa, organizações etc.) envolvidas nesses setores? E no mundo? g) Quais são os desafios mais relevantes enfrentados pelos setores?

3. Com base nas informações coletadas na pesquisa, decidam se esses setores merecem receber investi-

MAKASANA PHOTO/SHUTTERSTOCK.COM

mentos. Em seguida, produzam um material justificando a escolha do grupo e apresentem-no à turma.

O Brasil foi uma das nações participantes do Fórum Econômico Mundial em Davos (Suíça), 2020.

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UNIDADE

Reação química e reatividade REfliTA

Não escreva no livro.

3 Faça um levantamento de tudo o que você observou desde que saiu de sua residência até chegar à escola. Apresente algumas situações nas quais você considera que ocorreram reações químicas.

LUZEALMA/SHUTTERSTOCK.COM

Como estudado, transformações químicas são aquelas em que uma porção de matéria passa por mudanças e se torna uma matéria distinta, com propriedades diferentes. Esse tipo de transformação também recebe o nome de reação química. Com base nesse conceito, define-se reatividade como a tendência dos materiais de reagirem entre si. Os objetos de ferro, na presença de água e gás oxigênio (umidade e ar), caso não tenham alguma proteção, vão se degradando aos poucos, formando ferrugem. Já o vidro utilizado para a fabricação de diversos objetos se conserva por muito tempo, se for bem cuidado. Assim, pode-se dizer que há reatividade entre ferro e gás oxigênio, mas que não há reatividade entre vidro e gás oxigênio. As substâncias ou os materiais que não reagem entre si são chamados de inertes.

O navio Mara Hope, petroleiro naufragado em 1985, foi pintado por artistas e, hoje, tornou-se atração turística da cidade de Fortaleza. No litoral, a atmosfera com grande concentração de sal marinho faz com que o ferro se degrade muito mais rapidamente. Por isso, em muitas situações, é dada preferência a embarcações de alumínio. Fortaleza (CE), 2024.

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TURTLE ROCK SCIENTIFIC/SCIENCE SOURCE/FOTOARENA

Em laboratórios, é importante tomar cuidado ao misturar reagentes químicos, pois o contato entre substâncias reativas, sem os devidos cuidados, pode ocasionar acidentes graves. O potássio metálico, por exemplo, reage intensamente com a água, produzindo gás hidrogênio e calor, e pode ocasionar explosões. Para evitar reações indesejadas, essa substância é comumente armazenada imersa em querosene, que não se mistura com a água.

O contato do potássio metálico com a água resulta em uma reação intensa. A reatividade de substâncias e materiais varia bastante. Enquanto o gás nitrogênio presente no ar é considerado inerte e não reage com os materiais comuns do cotidiano, outros reagem rapidamente, como o gás de cozinha em contato com o ar: basta uma chama ou uma faísca para iniciar a reação. De modo geral, motoristas sabem que devem tomar cuidado com o líquido presente nas baterias dos automóveis, pois ele reage com o tecido das roupas e partes do corpo, podendo causar queimaduras graves. Por conhecerem a reatividade do ferro, ou seja, por saberem que o ferro enferruja, as pessoas costumam pintar objetos feitos desse material com tintas que o isolam do contato com o ar e a umidade, aumentando sua vida útil. Assim, conhecer a reatividade de substâncias e materiais é importante não só para cientistas mas também para qualquer pessoa. É importante frisar que reatividade é um conceito relativo. Deve-se sempre falar que uma substância é reativa em relação à outra. Como estudado, o potássio reage rapidamente com a água, mas não com o querosene. No entanto, o querosene queima com facilidade, ou seja, reage com gás oxigênio na presença de uma chama ou uma faísca.

Equações químicas À medida que a Química foi se formalizando como área de conhecimento, a necessidade de padronização das diversas representações aumentou. A contribuição de cientistas de diferentes nacionalidades, entre eles o já mencionado químico francês Antoine-Laurent de Lavoisier, permitiu o desenvolvimento e o aperfeiçoamento de uma linguagem específica. As chamadas equações químicas constituem parte fundamental da linguagem química. Por meio delas, pode-se representar o que acontece em uma transformação química, sem precisar recorrer a palavras de determinado idioma.

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UNIDADE

Por exemplo, é possível descrever o que acontece em uma fogueira ao dizer que a madeira reage com o ar, produzindo cinzas e gases e liberando calor. Uma outra maneira de dizer isso seria por meio da representação a seguir. madeira + ar H cinzas + gases (calor) Nessa representação, pode-se dividir os materiais envolvidos em dois grupos: aqueles à esquerda da seta são chamados de reagentes e aqueles à direita são os produtos. A seta indica o sentido da reação. No entanto, trata-se de uma representação incompleta, pois faltam as fórmulas químicas, outra parte fundamental da linguagem química. Nesse caso, não se pode representar a madeira e as cinzas por fórmulas químicas, pois elas são compostas de diversas substâncias. Considerando que grande parte da madeira é formada por celulose e que o componente do ar que reage com a celulose é o gás oxigênio, substâncias que têm fórmulas químicas, pode-se representar essa reação, desconsiderando o produto cinzas, da maneira a seguir. (C6H10O5)(s) + 6 O2(g) H 6 CO2(g) + 5 H2O(v) Ao lado direito da fórmula de cada substância, normalmente, inclui-se entre parênteses seu estado físico: sólido (s), líquido (l) e gasoso (g) ou vapor (v). Quando uma substância está dissolvida em água, utiliza-se (aq), abreviação que indica uma solução aquosa. Outras informações, como as letras e os números que compõem as fórmulas e os números que precedem as fórmulas, serão abordadas ao longo deste livro.

AT¡v¡DaDeS

Não escreva no livro.

1. Pense no que ocorre no seu corpo quando você

se alimenta, respira, exercita-se, machuca-se, toma sol etc. Pense também nos meios de transporte que utiliza, nas atividades que faz durante o lazer e nos fenômenos naturais típicos de cada época do ano.

Reflita sobre as transformações (físicas e/ou químicas) que acontecem durante esses momentos do dia a dia e escolha três delas para responder aos itens a seguir. a) No caderno, escreva por extenso, o que acontece com a matéria nessas transformações. Em seguida, faça uma representação que corresponda a essa descrição, utilizando elementos de reações químicas. Caso não saiba a representação correta ou não tenha certeza sobre ela, crie símbolos e/ou siglas que você julgue adequados. b) Em um grupo com dois ou mais colegas, compartilhem as respostas do item anterior, explicando suas escolhas para as representações das transformações.

c) Ainda em grupo, façam uma análise para decidir se uma pessoa que não leu a descrição por extenso seria capaz de entender a transformação. Utilizem essa discussão para desenvolver uma linguagem única do grupo, isto é, um conjunto de elementos capazes de representar todas as transformações listadas no item a. Em seguida, reescrevam, no caderno, as reações utilizando essa linguagem. d) Selecionem uma transformação reescrita no item anterior e compartilhem-na com os demais grupos. Tentem identificar as transformações representadas pelos outros grupos.

2. Quando uma fruta apodrece, trata-se de um fenômeno físico ou químico? Justifique sua resposta.

3. A chuva e a formação de geleiras são fenô-

menos naturais que ocorrem com base em fenômenos físicos ou químicos? Justifique sua resposta.

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6 TEMA

Leis ponderais

Respostas e comentários deste Tema estão disponíveis nas Orientações para o professor.

Antoine-Laurent de Lavoisier escreveu, em 1789, o seguinte trecho. Não devemos confiar em nada além de fatos: estes são apresentados a nós pela natureza e não podem enganar. Em todos os casos, devemos submeter nosso raciocínio à prova do experimento e nunca procurar a verdade a não ser pelo caminho natural do experimento e da observação. LAVOISIER, Antoine-Laurent de. Elements of chemistry, in a new systematic order, containing all the modern discoveries. [S. l.]: The Project Gutenberg, 2009. p. xviii. E-book. Tradução nossa. Disponível em: http://www.gutenberg.org/files/30775/30775-h/30775-h.htm. Acesso em: 2 set. 2024.

A busca por uma compreensão mais sistematizada das transformações químicas, fazendo uso de explicações que vão além de ideias filosóficas e se baseiam em fenômenos mensuráveis, resultou na formulação das chamadas leis ponderais. Essas leis fundamentais para o estabelecimento da Química como uma Ciência Moderna são fruto do trabalho de muitos cientistas, mediante uma série de experimentos, observações e estudos, mas acabaram sendo associadas historicamente a alguns deles e foram “apelidadas” com seus nomes. Um movimento que contribuiu para essa busca foi o iluminismo, que ampliou o saber científico em diversas áreas do conhecimento. O princípio central do iluminismo era a valorização da razão, e sua relevância se manifesta no fato de que, mesmo séculos depois, suas influências ainda podem ser observadas em várias instituições. No Brasil, uma dessas influências se apresenta na divisão do poder público em três esferas interdependentes, o Executivo, o Legislativo e o Judiciário – um conceito introduzido pelo político, filósofo e escritor francês Charles-Louis de Secondat (1689-1755), mais conhecido como Montesquieu. No campo das Ciências STEFANO BIANCHETTI/BRIDGEMA N/FOTOARENA da Natureza, o pensamento iluminista baseava-se na observação de fenômenos e na prática experimental voltada para a compreensão das leis naturais, o que contribuiu para afastar cientistas do misticismo comum entre alquimistas. Neste Tema, serão apresentadas as leis ponderais e o que cada uma significa, bem como o contexto em que viviam os cientistas que tiveram seus nomes associados a elas. LE CÉNACLE scientifique du chateau de Clairac. In: ALBUM de la science: savants illustres grandes découvertes. Paris: Ancienne Librairie Furne, 1899. p. 81.

A imagem mostra Montesquieu (ao centro) rodeado por cientistas no Castelo Clairac, na França.

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ANNANOMARIA/SHUTTERSTOCK.COM

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Podemos demonstrar como um axioma incontestável que, em todas as operações da arte e da natureza, nada é criado; uma quantidade igual de matéria existe antes e depois do experimento; a qualidade e a quantidade dos elementos permanecem precisamente as mesmas; e só ocorrem variações e modificações na combinação desses elementos. Deste princípio depende toda a arte da experimentação química: devemos sempre supor que há uma igualdade exata entre os elementos do corpo examinado e aqueles dos produtos de sua análise. LAVOISIER, Antoine-Laurent de. Elements of chemistry, in a new systematic order, containing all the modern discoveries. [S. l.]: The Project Gutenberg, 2009. p. 130-131. E-book. Tradução nossa. Disponível em: https://www.gutenberg.org/cache/epub/30775/pg30775-images.html. Acesso em: 2 set. 2024.

Esse enunciado corresponde ao que ficou conhecido como lei da conservação das massas e foi mais tarde popularizado na frase: “Na natureza nada se cria, nada se perde, tudo se transforma.”. Ela costuma ser atribuída ao cientista francês, mas não há evidências de que seja de sua autoria. A apresentação dessa lei não foi propriamente uma novidade. O cientista e químico belga Jan Baptista van Helmont (1580-1644), mais de um século antes, já havia especulado sobre a conservação de matéria em uma transformação. Além disso, em 1760, o cientista russo Mikhail Vasilyevich Lomonosov (1711-1765) publicou um ensaio em que descrevia o mesmo princípio postulado na lei da conservação das massas. Apesar de ser muito influente na Rússia, sendo considerado por muitos como o pioneiro do desenvolvimento científico do país, sua obra não teve repercussão na Europa Ocidental. De qualquer forma, a lei ganhou força e foi amplamente divulgada por causa do trabalho experimental de Lavoisier, no qual se valeu de balanças bastante precisas. Por esse motivo, ficou conhecida como lei de Lavoisier. Para compreendê-la melhor, considere a reação de síntese da água a partir do gás hidrogênio e do gás oxigênio, em três experimentos hipotéticos diferentes. Note que, em todos os casos, as quantidades do produto (água), em massa, são equivalentes às somas das massas dos reagentes (gás oxigênio e gás hidrogênio).

UNIDADE

Leia o trecho a seguir no qual Lavoisier faz uma afirmação.

Não escreva no livro.

1 Liste algumas trans-

formações químicas que você conhece e descreva como a massa varia nelas.

SOBRE

Uma afirmação que não exige prova para ser considerada verdadeira é chamada de axioma.

PHOTO 12/GETTY IMAGES

Lei da conservação das massas

REfliTA

Experimento Gás hidrogênio + Gás oxigênio H Água I II III

1g 4g 8g

8g 32 g 64 g

9g 36 g 72 g

Ao realizar experimentos em sistemas fechados, isto é, sistemas em que não há troca de matéria com o ambiente, Lavoisier chegou à conclusão de que, em toda transformação química, a quantidade de matéria antes e depois será sempre a mesma.

ROUTLEDGE, Robert. Composition of water by synthesis. In: ROUTLEDGE, Robert. A popular history of science. London: George Routledge and Sons, 1881. p. 377.

Representação de um equipamento que Lavoisier utilizou para sintetizar água a partir dos gases hidrogênio e oxigênio e demonstrar que ela é uma substância composta, e não simples, como se acreditava.

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MUSEU METROPOLITANO DE ARTE, MANHATTAN, EUA

Marie-Anne Lavoisier e a campanha pela nova Química Conhecida como tradutora e ilustradora de textos químicos, a francesa Marie-Anne Pierrette Paulze Lavoisier (1758-1836) foi uma das maiores responsáveis por difundir a nova Química, movimento que derrubou a teoria do flogisto e contribuiu para o estabelecimento da Química Moderna. Ela registrava suas observações no laboratório e trocava cartas com pessoas da elite parisiense, entre elas cientistas amadores e personalidades influentes. Estudos recentes, dedicados a analisar a biografia de Marie-Anne sob um ângulo diferente, focam na leitura desses registros. Neles, são encontradas evidências de que suas habilidades de escrita foram intencionalmente utilizadas para angariar colaboradores e, assim, fortalecer o movimento encabeçado por Lavoisier, com quem era casada. Mesmo após a execução de Lavoisier na guilhotina, durante a Revolução Francesa, a nova Química se estabeleceu, e o legado do cientista se manteve. Marie-Anne, no entanto, quando mencionada, é associada ao papel de admiradora e assistente. Embora essa seja uma maneira de descrevê-la, com base em seus próprios registros, esses rótulos não contemplam a relevância de seu trabalho, que segue importante até os dias atuais. No início do século XIX, o trabalho de Marie-Anne repercutiu mundialmente em países como o Japão, por meio do esforço conjunto de estudiosos do rangaku.

DAVID, Jacques-Louis. Antoine-Laurent Lavoisier e Marie-Anne Lavoisier. 1788. Óleo sobre tela, 259,7 cm x 194,6 cm. Museu Metropolitano de Arte, Nova York.

Retrato do casal Lavoisier. O modo como a figura de Marie-Anne é destacada demonstra o reconhecimento de suas contribuições por seus contemporâneos. SOBRE

COLEÇÃO PARTIC

ULAR

COLEÇÃO PARTICULAR

COLEÇÃO PART

ICULAR

O termo rangaku deriva da prática de tradução de textos escritos no idioma neerlandês para o idioma japonês. Ao final do século XVIII e início do século XIX, o Japão passou por um isolamento político-econômico, deixando o país inacessível para o Ocidente, com exceção de apenas uma rota comercial com os Países Baixos.

(A) PAULZE, Marie-Anne Pierrette. [Detalhe da Planche IV]. In: LAVOISIER, Antoine-Laurent de. Traité élémentaire de chimie. Paris: [s. n.], 1789. t. 2, [p. IV]. (B) YŌAN, Udagawa. [Detalhe da Planche IV]. In: YŌAN, Udagawa. Seimi kaisō. [S. l.: s. n.], 1840. p. [78]. (C) YŌAN, Udagawa. 1850. 1 gravura.

Representação de um experimento com gás oxigênio, presente na versão original da obra de Lavoisier (A). Representação da adaptação do experimento com gás oxigênio na edição japonesa, cujo título é “Introdução à química”, em tradução livre (B). Retrato de Udagawa Yōan, estudioso que traduziu e adaptou o livro de Lavoisier (C).

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UNIDADE

Esse novo olhar sobre o trabalho de Marie-Anne mostra que a nova Química não dependeu só dos resultados consistentes de Lavoisier, mas também da habilidade comunicativa dela. Isso foi fundamental para que o cientista fosse reconhecido ainda em seu tempo. Os registros de Marie-Anne demonstram, assim como outras evidências, o poder da colaboração e do diálogo entre as pessoas.

Lei das proporções definidas

Não escreva no livro.

O químico francês Joseph Louis Proust (1754-1826) desempenhou um papel significativo na compreensão sistemática das reações químicas. 2 O que é crescimento No final do século XVIII, ao estudar certos materiais metálicos, Proust proporcional? verificou que as massas das substâncias que reagiam e as massas das substâncias que eram produzidas mantinham entre si proporções fixas, enunciando, assim, a lei das proporções definidas, também chamada de lei de Proust. Observou ainda que essas proporções eram características de cada reação química. Além disso, ele verificou que a composição química de uma substância é sempre a mesma, não importa como ela é produzida. Para entender melhor o enunciado dessa lei, considere três experimentos hipotéticos em que o gás hidrogênio reage com o gás oxigênio, formando água líquida. REfliTA

Experimento Gás hidrogênio + Gás oxigênio H Água I 1g 8g 9g II 4g 32 g 36 g III 8g 64 g 72 g

Acompanhe as relações de proporcionalidade. Experimento

Gás oxigênio Gás hidrogênio

I II III

8g 1g

32 g 4g 64 g 8g

=8 =8

Água Água Gás oxigênio Gás hidrogênio 9g 8g

= 1,125

36 g 32 g 72 g 64 g

= 1,125 = 1,125

9g 1g 36 g 4g 72 g 8g

=9 =9 =9

Ao determinar a proporção entre os reagentes e os produtos, é possível calcular quanto de cada substância reagente, em massa, é necessário para produzir quantidades definidas de produtos. Por exemplo, para obter 90 g de água por meio da mesma reação, serão necessários 80 g de gás oxigênio e 10 g de gás hidrogênio. Note que a lei da conservação das massas também é obedecida nesses casos; em cada experimento, a soma das massas dos reagentes é igual à massa do produto formado.

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Lei das proporções múltiplas Não escreva no livro.

REfliTA

3 A combinação de carbono e gás oxigênio pode formar o monóxido de carbono. O que precisa acontecer na reação para que haja a formação de dióxido de carbono?

O químico e físico inglês John Dalton verificou que, em alguns casos, os mesmos reagentes podiam reagir em proporções diferentes, resultando em outros produtos. Ele também observou que as diferentes massas de um reagente que se combinam com uma massa fixa de outro reagente, resultando em produtos distintos, guardam entre si uma razão de números inteiros. Para entender melhor essa conclusão de Dalton, que ficou conhecida como lei das proporções múltiplas ou simplesmente lei de Dalton, considere novamente a reação do gás hidrogênio com o gás oxigênio, formando água líquida. Como estudado, é preciso 1 g de gás hidrogênio e 8 g de gás oxigênio 1 1 para , haverá para obter 9 g de água. Se a proporção entre esses dois reagentes for alterada de 8 16 a formação de outro produto, a água oxigenada. Acompanhe os experimentos hipotéticos a seguir. Experimento

Gás hidrogênio

Gás oxigênio

Água

16 g

III

32 g

64 g

128 g

Água oxigenada 17 g

36 g 68 g 72 g 136 g

Observe que, mantendo a massa de gás hidrogênio constante, para produzir água oxigenada em vez de água, a massa de gás oxigênio tem de dobrar. Em outras palavras, as diferentes massas de gás oxigênio que se combinam com uma massa fixa de gás hidrogênio, gerando água ou água oxigenada, guardam entre si uma razão igual a 2. Assim, deduz-se que a água oxigenada possui o dobro de massa de gás oxigênio em relação à água.

Lei das proporções volumétricas Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1850) foi um químico e físico francês que atuou em diferentes campos. Buscando melhorar a produção de ácido REfliTA sulfúrico, que tem grande relevância para a indústria até hoje, estudou diversas reações entre gases. 4 As leis da Química Em seus trabalhos, verificou que, nas mesmas condições de tempefuncionam para reagentes em todos os ratura e pressão, a proporção entre os volumes dos gases reagentes e estados físicos? os volumes dos produtos em uma reação é sempre dada por pequenos números inteiros, conclusão que ficou conhecida como lei das proporções volumétricas ou lei de Gay-Lussac. Considere a reação entre o gás hidrogênio e o gás oxigênio para formar água no estado gasoso. Sabe-se que dois volumes de gás hidrogênio reagem com um volume de gás oxigênio para formar dois volumes de vapor de água. Por exemplo, uma reação entre 4 L de gás hidrogênio e 2 L de gás oxigênio produzirá 4 L de vapor de água. Não escreva no livro.

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UNIDADE

Acompanhe os experimentos hipotéticos a seguir. Experimento

Gás hidrogênio

Gás oxigênio

Vapor de água

III

16 L

Note que a relação volumétrica entre os reagentes e o produto é sempre 2 : 1 : 2, ou seja, uma proporção simples de números inteiros. Essas proporções volumétricas dadas por números pequenos inteiros são fundamentais para compreender o conceito de mol e os cálculos estequiométricos, que serão estudados mais adiante. As leis ponderais desempenharam um papel fundamental no desenvolvimento da Química Moderna, pois proporcionaram uma base quantitativa sólida para o estudo das reações químicas, permitindo que cientistas compreendessem como as substâncias se combinam e se transformam. Essas leis constituíram também um fundamento para o desenvolvimento da teoria atômica.

AT¡v¡DaDeS

Não escreva no livro.

1. Escreva no caderno um texto dissertativo

b) Qual será a massa de gás oxigênio necessária para queimar 69 g de álcool, produzindo monóxido de carbono?

2. O álcool comum (etanol) reage com o gás oxi-

c) Qual é a proporção entre a massa de gás oxigênio e a massa de álcool nessa reação?

sobre a importância do trabalho de Lavoisier para o desenvolvimento da Química.

gênio do ar e produz gás carbônico e água. Considerando que, para 46 g de álcool, são necessários 96 g de gás oxigênio e são produzidos 88 g de gás carbônico, responda às questões a seguir. a) Qual é a massa de água produzida nesse caso? b) Qual é a massa de gás oxigênio necessária para queimar 69 g de álcool? c) Qual é a proporção entre a massa de gás oxigênio e a massa de álcool nessa reação?

3. A reação do etanol com o gás oxigênio produz

água e gás carbônico, sendo também possível a formação de monóxido de carbono. Nesse caso, 46 g de álcool reagem com 64 g de gás oxigênio, formando 56 g de monóxido de carbono. Com essas informações, responda às questões. a) Qual é a massa de água produzida nessa reação?

d) Qual é a proporção entre a quantidade de gás oxigênio que reage nas reações em que ocorre a formação de dióxido de carbono (use dados da questão anterior) e de monóxido de carbono?

4. A produção industrial de amônia é realizada

pelo processo de Haber-Bosch, que consiste na reação entre os gases nitrogênio e hidrogênio. Nessa reação, um volume de gás nitrogênio reage com três volumes de gás hidrogênio, formando dois volumes de gás amônia. Com base nessas proporções, responda às questões. a) Quantos litros dos gases nitrogênio e hidrogênio são necessários para produzir 100 litros de amônia? b) Se forem utilizados 20 m3 de gás nitrogênio e 60 m3 de gás hidrogênio, quantos metros cúbicos de amônia serão produzidos?

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ORGAN¡ZANDO AS ¡De¡AS Analise o esquema a seguir, que apresenta e relaciona os principais conceitos estudados nesta Unidade. Senso comum

Formas de conhecimento

Conhecimento filosófico Conhecimento científico

Ciências da Natureza

Química Propriedades e grandezas

Biologia

Substâncias e materiais

Comprimento

Física

Transformações

Classificação dos materiais

Transformações químicas

Volume Estados físicos Massa Densidade

Separação de substâncias

Leis ponderais Lei da conservação das massas

Pressão Por tamanho de partículas Por diferença de densidade Por diferença de solubilidade

Imagens ilustrativas sem escala e em cores fantasia.

Por diferença de temperatura de mudança de estado físico

Lei das proporções definidas Lei das proporções múltiplas Lei das proporções volumétricas

ALEX ARGOZINO

Temperatura

Não escreva no livro.

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UNIDADE

AT¡v¡DADeS COMPleMeNTAReS Respostas e comentários estão disponíveis nas Orientações para o professor.

1. (Enem/MEC) A filosofia encontra-se escrita neste grande livro que continuamente se abre perante nossos olhos (isto é, o Universo), que não se pode compreender antes de entender a língua e conhecer os caracteres com os quais está escrito. Ele está escrito em língua matemática, os caracteres são triângulos, circunferências e outras figuras geométricas, sem cujos meios é impossível entender humanamente as palavras; sem eles, vagamos perdidos dentro de um obscuro labirinto. GALILEI, G. O ensaiador. Os pensadores. São Paulo: Abril Cultural, 1978.

No contexto da Revolução Científica do século XVII, assumir a posição de Galileu significava defender a:

d) É a parte das informações organolépticas das substâncias, como a cor, o cheiro e a textura. e) É o nível mais importante, pois é percebido e construído antes dos outros.

Tema 3 – Materiais

3. (Enem/MEC) A densidade é uma propriedade

que relaciona massa e volume de um material. Um estudante iniciou um procedimento de determinação da densidade de uma amostra sólida desconhecida. Primeiro ele determinou a massa da amostra, obtendo 27,8 g. Em seguida, utilizou uma proveta, graduada em mililitro, com água para determinar o volume da amostra, conforme esquematizado na figura. Considere a densidade da água igual a 1 g/mL. ENEM

Tema 1 – O que é Ciência?

Não escreva no livro.

a) continuidade do vínculo entre Ciência e fé dominante na Idade Média. b) necessidade de o estudo linguístico ser acompanhado do exame matemático. c) oposição da nova física quantitativa aos pressupostos da filosofia escolástica. d) importância da independência da investigação científica pretendida pela Igreja. e) inadequação da matemática para elaborar uma explicação racional da natureza.

Tema 2 – Química: Ciência da Natureza

2. (Unir-RO) A Química é uma ciência que trabalha

em três níveis: o macroscópico, o microscópico e o das representações. Neste último nível, estão as fórmulas, os símbolos e as equações químicas que facilitam a comunicação e a explicação que utiliza esta linguagem científica. Sobre o nível das representações, assinale a afirmativa correta. a) Propõe explicações para as leis criando as teorias e confirmando as hipóteses estudadas pelos cientistas. b) Contém dados sobre as propriedades das substâncias, como ponto de fusão e ebulição. c) É uma linguagem universal construída pela União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC).

A densidade da amostra obtida, em g/mL, é mais próxima de: a) 0,36. c) 0,62. e) 2,78. b) 0,56.

d) 0,79.

Tema 4 – Caracterizar e separar substâncias

4. (PUC-MG) São exemplos de misturas heterogêneas, EXCETO:

a) água e óleo

c) água e areia

b) gelo e água

d) hexano e água

5. (UFRGS-RS) Considere dois béqueres, contendo

quantidades diferentes de duas amostras líquidas homogêneas A e B, a 25 °C, que são submetidos a aquecimento por 30 min, sob pressão de 1 atm, com fontes de calor equivalentes. A temperatura do líquido contido em cada béquer foi medida em função do tempo de aquecimento, e os dados obtidos foram registrados nos gráficos a seguir.

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UFRGS

Sobre esses dados, são feitas as afirmações a seguir.

I. Se TA = TB, então a amostra A e a amostra B provavelmente são a mesma substância pura.

III. A amostra A é uma mistura em que o líquido predominante é aquele que constitui a amostra B. Quais estão corretas? a) Apenas I.

d) Apenas II e III.

b) Apenas III.

e) I, II e III.

c) Apenas I e II.

6. (Enem/MEC) Para assegurar a boa qualidade

de seu produto, uma indústria de vidro analisou um lote de óxido de silício (SiO2), principal componente do vidro. Para isso, submeteu uma amostra desse óxido ao aquecimento até sua completa fusão e ebulição, obtendo ao final um gráfico de temperatura T (°C) versus tempo t (min). Após a obtenção do gráfico, o analista concluiu que a amostra se encontrava pura. Dados do SiO2: Tfusão = 1 600 °C; Tebulição = 2 230 °C. Qual foi o gráfico obtido pelo analista? a)

e) GRÁFICOS: ENEM

II. Se as amostras A e B são constituídas pela mesma substância, então o volume da amostra B é menor que o volume de amostra A.

7. (Enem/MEC) Para demonstrar os processos físi-

cos de separação de componentes em misturas complexas, um professor de Química apresentou para seus alunos uma mistura de limalha de ferro, areia, cloreto de sódio, bolinhas de isopor e grãos de feijão. Os componentes foram separados em etapas, na seguinte ordem:

Etapa 1 2 3 4 5

Material separado Método de separação Grãos de feijão Catação Limalha de ferro Imantação Bolinhas de isopor Flotação Areia Filtração Cloreto de sódio Evaporação

Em qual etapa foi necessário adicionar água para dar sequência às separações? a) 1.

b) 2.

c) 3.

d) 4.

e) 5.

Tema 5 – Transformações da matéria

8. (UFSM-RS) O conhecimento da Química pro-

picia uma melhor compreensão do mundo e, consequentemente, auxilia na melhoria da qualidade de vida. A Química está presente no dia a dia, como, por exemplo, no processamento e na conservação de alimentos. Assim, avalie os seguintes processos: I. o amadurecimento de uma fruta. II. a fermentação do vinho em vinagre. III. a transformação do leite em iogurte. IV. o cozimento do ovo.

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a) apenas I e II.

d) apenas III e IV.

a) as amostras I, II e III são do mesmo óxido.

b) apenas I e III.

e) I, II, III e IV.

b) apenas as amostras I e II são do mesmo óxido.

c) apenas II e IV.

9. (IFCE) Entre as transformações a seguir, constitui um fenômeno químico:

b) sublimação da naftalina. c) obtenção de gelo a partir da água pura. d) obtenção de oxigênio líquido a partir do ar atmosférico. e) obtenção da amônia a partir de hidrogênio e nitrogênio.

10. (IFSP) Leia as afirmações sobre reciclagem de

resíduos. I. Cortados em lascas, os pneus velhos são transformados em pó de borracha, sendo purificado por um sistema de peneiras e moído até atingir a granulação desejada. II. Na usina de fundição, a sucata de latas de aço é submetida a 1 550 °C em fornos elétricos e, após atingir o ponto de fusão e chegar ao estado de líquido fumegante, o material obtido é moldado em tarugos ou placas metálicas. III. Uma das etapas da reciclagem do papel contendo aparas provenientes de escritórios é o branqueamento com agentes alvejantes para retirar as tintas de impressão. Das afirmações que se referem a exclusivamente fenômenos físicos, está correto apenas o contido em: c) III.

b) II.

d) I e II.

e) II e III.

Tema 6 – Leis ponderais

11. (Vunesp-SP) Foram analisadas três amostras (I, II e III) de óxidos de enxofre, procedentes de fontes distintas, obtendo-se os seguintes resultados:

Amostra I II III

Massa de enxofre (g) 0,32 0,08 0,32

Massa de oxigênio (g) 0,32 0,08 0,48

c) apenas as amostras II e III são do mesmo óxido. d) apenas as amostras I e III são do mesmo óxido.

a) solidificação da parafina.

a) I.

UNIDADE

Estes resultados mostram que:

São fenômenos químicos:

Massa de amostra (g) 0,64 0,16 0,80

e) as amostras I, II e III são de óxidos diferentes.

12. (UFSCar-SP) Durante uma aula de laborató-

rio, um estudante queimou ao ar diferentes massas iniciais (mi) de esponja de ferro. Ao final de cada experimento, determinou também a massa final resultante (mf). Os resultados obtidos estão reunidos na tabela a seguir.

Experimento Massa inicial Massa final Relação No m(i) (g) m(f) (g) m(f)/m(i) 1 0,900 1,10 1,204 2 0,830 1,00 1,205 3 1,05 1,26 1,200 4 1,11 1,34 1,207

Admitindo que em todos os experimentos a queima foi completa, o estudante fez as três afirmações seguintes. I) A lei da conservação da massa não foi obedecida, pois a massa final encontrada para o sistema em cada experimento é sempre maior que sua massa inicial. II) O aumento de massa ocorrido em cada experimento se deve à transformação de energia em massa, tendo se verificado a conservação da soma (massa + energia) do sistema. III) A relação constante obtida entre a massa final e a massa inicial do sistema (mf/mi), em cada experimento realizado, permite afirmar que, dentro do erro experimental, os dados obtidos estão de acordo com a lei das proporções definidas. Dentre as afirmações apresentadas, o estudante acertou: a) I, apenas.

d) I e II, apenas.

b) II, apenas.

e) I, II e III.

c) III, apenas.

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InTEGranDO COm... CIÊNCIAS HUMANAS E SOCIAIS APLICADAS

THE PRINT COLLECTOR/HERITAGE IMAGES/GETTY IMAGES

A guerra dos químicos

Vista aérea de soldados alemães utilizando gás tóxico durante a Primeira Guerra Mundial, em 1916.

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co álti ar B

UNIDADE

IMPÉRIO RUSSO

IMPÉRIO ALEMÃO

IMPÉRIO AUSTRO-HÚNGARO

ROMÊNIA Mar Negro d BÓSNIA ITÁLIA riát SÉRVIA ic o Córsega MONTENEGRO BULGÁRIA Mar Sardenha ALBÂNIA Tirreno Baleares IMPÉRIO GRÉCIA OTOMANO Sicília M a r M e d i t e r r Chipre â n Creta ÁFRICA e o

475

0°

Respostas e comentários estão disponíveis nas Orientações para o professor.

ÁSIA

Europa: pós-Primeira Guerra Mundial NORUEGA

Agora, faça o que se pede em cada item.

IRLANDA

REINO UNIDO

1. O uso de armas químicas é alvo de

BÉLGICA

OCEANO ATLÂNTICO

SUÍÇA

wich

Green

M a r

ITÁLIA

IUGOSLÁVIA

Mar Tirreno Sicília

ROMÊNIA BULGÁRIA

Mar Negro

o tic

Sardenha

UNIÃO SOVIÉTICA

OSLOVÁ QUIA

iá

Baleares

Córsega

POLÔNIA

r Ad

2. O carvão ativado foi fundamental para

ESPANHA

LITUÂNIA

TCHEC

PORTUGAL

Não escreva no livro.

LETÔNIA

ÁUSTRIA HUNGRIA

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40°

LUXEMBURGO FRANÇA

ESTÔNIA

ALEMANHA

DINAMARCA

PAÍSES BAIXOS

FINLÂNDIA

SUÉCIA

Mar do Norte

Não escreva no livro.

SELMA CAPARROZ

ESPANHA

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SUÍÇA

JOHN GOMEZ/SHUTTERSTOCK.COM

FRANÇA

PORTUGAL

BÉLGICA

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40°

PAÍSES BAIXOS

B ál

OCEANO ATLÂNTICO

DINAMARCA

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REINO UNIDO

SUÉCIA

Mar do Norte

NORUEGA

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SELMA CAPARROZ

Europa: antes da Primeira Guerra Mundial (1914)

ALBÂNIA

GRÉCIA

TURQUIA

Meridia n

ÁSIA

3. Você conhece a expressão ética científica? Faça uma pesquisa e, com suas próprias palavras, escreva no caderno uma definição para ela.

4. Você sabe o que é uma convenção? a) Pesquise e registre o significado dessa palavra. b) Pesquise a Convenção sobre a Proibição de Armas Químicas (CPAQ), que começou a vigorar em 1997, e liste algumas ações que podem ser realizadas para que ela seja cumprida e alguns países que a apoiam.

5. Releia sua resposta para a atividade 1. Diante das pesquisas realizadas até aqui, você ainda pensa da mesma forma? Refaça o texto no caderno incluindo informações que você aprendeu durante as pesquisas.

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UNIDADE SOLARSEVEN/SHUTTERSTOCK.COM

CONSTITUIÇÃO QUÍMICA DA MATÉRIA

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A fluorescência de microrganismos ocorre quando eles absorvem luz ultravioleta (UV) e reemitem-na em comprimentos de onda visíveis. Esse fenômeno acontece com alguns fungos, algumas algas e certas bactérias. Assim, a luz UV é muito utilizada em pesquisas e na detecção de patógenos, pois facilita a visualização destes organismos. A imagem mostra o uso de luz UV para detecção de bactérias na mão de uma pessoa. As mãos foram submetidas à aplicação de um gel e depois lavadas. Quando colocado sob luz ultravioleta, o gel fica fluorescente e mostra as áreas que não foram limpas adequadamente. Isso ilustra a importância da lavagem completa das mãos para remover as bactérias e evitar contaminação. Não escreva no livro.

1. Você classificaria a fluorescência como um fenômeno físico ou químico? Apresente um argumento que justifique sua resposta.

2. Você já observou a emissão de luz por insetos, como os vaga-lumes? Esse fenômeno é conhecido

como bioluminescência. Pesquise a respeito desse fenômeno e escreva um pequeno parágrafo, explicando-o. Respostas e comentários estão disponíveis nas Orientações para o professor.

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7 TEMA

Respostas e comentários deste Tema estão disponíveis nas Orientações para o professor.

Modelando os átomos

NASA/JPL/SPACE SCIENCE INSTITUTE

Há muito tempo, a humanidade busca compreender a estrutura da matéria e os fenômenos naturais. Como esse conhecimento é abstrato e diz respeito a aspectos que não podem ser percebidos apenas com os sentidos, foi necessário desenvolver ferramentas para traduzi-lo, como as teorias e os modelos científicos. Entretanto, ao serem criadas, essas ferramentas não estão prontas nem se mantêm constantes, elas são aperfeiçoadas ao longo do tempo, por meio de mais estudos, experimentos, debates e muita reflexão.

Proposto pelo físico japonês Hantaro Nagaoka (1865-1950) em 1904, um dos modelos para explicar a estrutura do átomo assemelhava-o ao planeta Saturno e a seus anéis, mostrados na imagem. REfliTA

Não escreva no livro.

1 Imagine que você é

cientista e precisa explicar a um amigo como algo funciona, mas sem usar o objeto ou o fenômeno real. Como você faria isso? Já tentou usar essa estratégia para explicar como algo funciona? Dê um exemplo.

O que são modelos As Ciências se estabeleceram como uma maneira de compreender a realidade por meio da racionalidade e da lógica. Baseando-se em observações, experimentos, dados fornecidos por esses experimentos e por hipóteses e fazendo uso da abstração, cientistas constroem modelos que possibilitam às pessoas analisar o que não pode ser observado ou tocado e compreender uma enorme variedade de estruturas e fenômenos. SOBRE

A palavra abstração pode ser definida como um processo mental de reflexão, que tem como finalidade analisar algo, geralmente de forma isolada do seu contexto real.

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UNIDADE

Os modelos são uma forma de representar a realidade, uma ferramenta científica, e, portanto, não equivalem à realidade em si. Em outras palavras, são representações simplificadas de objetos, processos, sistemas, estruturas e fenômenos, a análise desses modelos permite a elaboração de previsões, compreensões e/ou explicações. Os modelos são criados e constantemente aperfeiçoados para responder tanto a questões profundas sobre a existência humana quanto a questões relacionadas ao cotidiano, como as apresentadas a seguir.

Será que vai chover amanhã?

Como é o Universo?

Quais são os melhores materiais para fazer um skate ou um celular?

Quanto tempo leva para uma fruta amadurecer?

Como é constituída a matéria?

Como funciona o motor de um carro?

Ao longo da história, diferentes campos da Ciência foram se especializando em busca de respostas a essas e a outras questões. A Biologia, por exemplo, estuda a vida, investigando aspectos como a estrutura, a evolução, a distribuição geográfica e as relações dos seres vivos com o ambiente; a Física estuda os fenômenos e as estruturas mais fundamentais da natureza, como o movimento, o calor, a luz, o som e a eletricidade; e a Química, por sua vez, estuda a composição e as transformações da matéria. É importante frisar, no entanto, que a Ciência é colaborativa, e, frequentemente, são necessários conhecimentos de diversos campos específicos para a formulação de um modelo científico. Para chegar a um modelo que possibilite, por exemplo, entender a dinâmica nos recifes de coral e prever seu estado de conservação, é preciso investigar a composição da água (Química), a influência da propagação de calor e luz pela água (Física), a ocupação e as interações entre os seres vivos que compõem esse ambiente (Biologia), entre vários outros aspectos.

REVELSTOCKART/ SHUTTERSTOCK.COM

Por que uma substância é diferente da outra?

Como funcionam os organismos vivos?

Como é possível enviar sondas espaciais a outros planetas?

CABUSCAA/GETTY IMAGES

O que é a vida?

Cardume de peixes em recife de coral. Fernando de Noronha (PE), 2022.

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Of¡C¡na C¡enT f¡Ca

Como é possível descrever o que não pode ser observado?

A capacidade de abstrair e de analisar o que não pode ser observado foi aprimorada pelo ser humano ao longo do tempo e é importante para o desenvolvimento de modelos científicos. A atividade a seguir é um exemplo de como essa capacidade pode ser usada.

Materiais • Caixas de papelão pequenas, por exemplo, de calçados. • Objetos não frágeis de formas, tamanhos e materiais diferentes, que caibam nas caixas (recomenda-se que haja ao menos dois objetos de ferro no total). • Fita adesiva. • Caneta.

Procedimentos • Faça um grupo com pelo menos três colegas, selecionem um dos objetos e coloquem-no em uma caixa. Escolham um nome para o grupo e o utilizem para identificar a caixa preparada. Obs.: deve haver uma caixa por grupo, e o objeto deve ser de conhecimento só do grupo que a preparou. • Lacrem a caixa com fita adesiva e usem a caneta para identificá-la. • Troquem de caixa com um grupo. Ao pegar a caixa preparada pelo outro grupo, analisem-na por um tempo, sem abri-la, para tentar estimar as características do objeto. • Troquem de caixa com outro grupo e repitam o procedimento de análise até que todas as caixas tenham sido estudadas. • Anotem no caderno as percepções do grupo sobre os objetos presentes em cada caixa. Vocês podem estimar o formato, o material de que são compostos, a massa, entre outras características. AT¡v¡DaDeS

Não escreva no livro.

1. Quais são as características (peso, forma, dureza,

som produzido, tamanho, material etc.) dos objetos analisados?

2. Tentem representar, por meio de desenhos,

NADZEYASHANCHUKSHUTTERSTOCK.COM

cada objeto.

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2 Algumas reflexões

MUSEUS E GALERIAS DO VATICANO, CIDADE DO VATICANO, ITÁLIA

No século VII a.C., filósofos gregos já indagavam sobre a origem, a natureza e as transformações daquilo que eles entendiam por matéria. Alguns deles deixaram ideias da constituição da matéria que perduraram por séculos, entre as quais se destacam duas principais: a teoria dos quatro elementos e o atomismo.

REfliTA

UNIDADE

Ideias iniciais sobre a constituição da matéria

Não escreva no livro.

SANZIO, Raffaello. Escola de Atenas. [1510 ou 1511]. Afresco, 500 cm x 770 cm.

A pintura feita por Rafael (1483-1520), como é conhecido no Brasil, tem como tema central a Filosofia e ilustra diversos pensadores gregos.

A teoria dos quatro elementos Por quase 2 mil anos, a teoria dos quatro elementos foi utilizada para explicar a constituição da matéria e suas transformações. Sua origem, de acordo com o que se sabe atualmente, está associada ao filósofo e matemático Tales de Mileto (c. 624-620 a.C.-c. 548-545 a.C.), que considerava a água como o princípio da matéria que permitia o desenvolvimento do Universo, sendo primordial para a vida. Assumia também que dela viriam a terra, o fogo e o ar. Já o filósofo Anaxímenes de Mileto (588 a.C.-524 a.C.) considerava que o princípio básico do Universo era o ar. O filósofo Heráclito de Éfeso (c. 540 a.C.-c. 470 a.C.), por sua vez, ponderava que o mundo estava em constante transformação, cujo agente seria o fogo. Por fim, o filósofo Xenófanes de Cólofon (570 a.C.-475 a.C.) pensava que a diversidade dos materiais seria mera aparência e que sua essência viria da terra.

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DARIA_ART/SHUTTERSTOCK.COM

O filósofo Empédocles (c. 495 a.C.-c. 435 a.C.) foi o primeiro a propor que toda a matéria e todos os seres vivos seriam formados pela combinação de água, ar, fogo e terra. Ele defendeu que esses princípios estariam unidos ou separados por duas forças básicas, o amor e o ódio. O filósofo e matemático Platão (c. 427 a.C.-347 a.C.), por sua vez, denominou esses princípios básicos de elementos. A teoria de que tudo seria constituído por quatro elementos básicos foi utilizada pelo filósofo Aristóteles, aluno de Platão, para explicar a natureza e suas transformações. Ele a complementou com a ideia de que cada elemento seria caracterizado pela combinação de duas qualidades entre quatro possíveis: úmido, seco, quente e frio. Por exemplo, a água era considerada fria e úmida, enquanto o fogo era quente e seco. Aristóteles sugeriu que as transformações na natureza ocorriam por meio da alteração dessas qualidades. Assim, se uma ou mais qualidades mudassem, um elemento poderia se transformar em outro. Por exemplo, a água, que é fria e úmida, poderia se transformar em ar, que é quente e úmido, se a qualidade de frio fosse substituída pela de quente. Além dos quatro elementos, o filósofo postulou a existência de um quinto elemento, o éter, que não participava diretamente da composição dos objetos materiais, mas era considerado a substância que preenchia o céu e o espaço “vazio”. O éter era conhecido como um elemento perfeito e imutável, diferente dos elementos da Terra, que estavam sujeitos à mudança e à corrupção. Para Aristóteles, o éter era necessário para explicar o movimento dos corpos celestes e a ausência de vácuo no Universo. Essa teoria influenciou o pensamento científico e filosófico durante a Antiguidade e a Idade Média, sendo amplamente aceita até o advento da Ciência Moderna. SOBRE

ESPAÇOS DE APRENDiZAGEM

A palavra átomo tem origem na palavra grega atomos, que significa “indivisível” ou “não cortável”. O termo é composto do prefixo a-, que significa “não” ou “sem”, e da palavra tomos, que significa “corte” ou “fatiamento”. Portanto, atomos significa “aquilo que não pode ser cortado” ou “aquilo que é indivisível”.

• Neste vídeo, o cientista Marcelo Gleiser apresenta os legados dos filósofos gregos Platão e Aristóteles. PLATÃO, Aristóteles e seus legados: pense como cientista #3. [S. l.: s. n.], 2022. 1 vídeo (30 min). Publicado pelo canal Marcelo Gleiser. Disponível em: https://www.youtube. com/watch?v=_jiq73mnAFc. Acesso em: 13 set. 2024.

O atomismo grego O conceito de partícula indivisível, ou átomo, é atribuído ao filósofo grego Leucipo de Mileto (c. 480 a.C.-420 a.C.) e a seu discípulo Demócrito (c. 460 a.C.-c. 370 a.C.); ambos acreditavam que toda matéria poderia ser dividida em átomos eternos, indivisíveis e diferenciáveis. Para eles, cada tipo de matéria seria constituído por um tipo de átomo que se diferenciaria dos demais em forma, tamanho e massa. Desse modo, átomos iguais se uniriam para formar entes maiores, até constituírem os objetos e os seres vivos.

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O atomismo de Leucipo e Demócrito foi revolucionário para a época, desafiando a ideia de que os fenômenos naturais eram governados por divindades ou forças místicas. Em vez disso, estabeleceu uma noção materialista do Universo, em que tudo é resultado de interações mecânicas entre átomos. Essa concepção, no entanto, não foi bem aceita na Grécia antiga, como ocorreu com a teoria dos quatro elementos. Uma possível explicação seria o fato de que esta última estava mais próxima do “concreto”, ao utilizar representações de materiais perceptíveis, como a água, o fogo, a terra e o ar, enquanto a ideia de átomo era, e ainda é, mais abstrata. A necessidade de descrever a estrutura da matéria e suas transformações acompanha a humanidade já há bastante tempo, como estudado. A cultura ocidental descreve-as, em grande parte, tomando o conhecimento de origem grega como fonte. No entanto, deve-se ter em mente que outras culturas, como a hindu, a chinesa e a egípcia, levantaram essas e outras questões que norteiam as reflexões da Ciência. A respeito desse assunto, recomenda-se a leitura do artigo apresentado no Espaços de aprendizagem desta página.

UNIDADE

ESPAÇOS DE APRENDiZAGEM

• Este texto discute o chamado período das artes práticas. PINHEIRO, Bárbara Carine Soares. O período das artes práticas: a química ancestral africana. Revista Debates em Ensino de Química, Recife, v. 6, n. 1, p. 4-15, 2020. Disponível em: https://www.journals. ufrpe.br/index.php/ REDEQUIM/article/ view/3566/482483479. Acesso em: 13 set. 2024.

Não John Dalton foi um cientista inglês que estudou Química, Física e escreva REfliTA no livro. Meteorologia. Ele tinha uma disfunção visual relacionada à percepção de certas cores e se dedicou também a investigá-la. Em sua homenagem, mais 3 Considerando seus conhecimentos atutarde, essa disfunção foi chamada de daltonismo. ais, sem medo de Dalton desenvolveu suas atividades científicas em um período já marcado errar, como você depelas leis ponderais. Em sua época, o uso de balanças precisas começava a ser finiria o átomo? comum nos laboratórios, e havia conhecimento suficiente para medir a massa das substâncias envolvidas em transformações químicas e para observar os padrões consistentes nelas. Nesse período, a Química fundamentada na racionalidade, no empirismo e na quantificação havia se estabelecido e se desenvolvia, o que levou à necessidade de explicações teóricas para esses padrões. Uma delas foi proposta por Dalton e postulava que a matéria era composta de pequenas partículas indivisíveis, os átomos, que se combinavam em proporções simples para formar substâncias químicas. Ele estabeleceu, de modo sistematizado, simbologias, nomenclaturas e relações entre as massas de diferentes elementos que formavam algumas substâncias. A definição feita por ele do termo elemento diferia da utilizada no período da Grécia antiga, cuja perspectiva sobre a constituiHidrogênio I Ferro ção da matéria era filosófica e não experimental. Para Dalton, Nitrogênio L Chumbo elemento correspondia a um conjunto de átomos de um único tipo, todos com o mesmo peso e com as mesmas características. Carbono G Ouro Segundo sua teoria, os átomos de um elemento eram indivisíveis e indestrutíveis nas reações químicas, e cada elemento tinha átomos Fósforo Mercúrio únicos que o diferenciavam dos outros elementos. Simbologia criada por Dalton para Enxofre Oxigênio representar os átomos de alguns elementos.

EDITORIA DE ARTE

Um outro atomismo

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Para conhecer um histórico do modelo atômico de Dalton, sugere-se a leitura do seguinte material. VIANA, Hélio Elael Bonini. A construção da teoria atômica de Dalton como estudo de caso: e algumas reflexões para o ensino de química. 2007. Dissertação (Mestrado em Ensino de Ciências) – Instituto de Química, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2007. Disponível em: http://www.educadores.diaadia.pr.gov.br/ arquivos/File/2010/artigos_teses/2011/quimica/dissertacoes/const_teoria_at_dalton_dissert.pdf. Acesso em: 13 set. 2024.

GALERIA DE ARTE DE MANCHESTER/BRIDGEMAN/FOTOARENA

Esse outro atomismo (que não pode ser considerado herdeiro do atomismo grego, um conceito filosófico elaborado em um contexto bem diferente) não foi prontamente aceito por todos os cientistas de sua época. Alguns relutavam em aceitar a ideia de átomo por falta de evidências diretas da existência dessas partículas. A teoria de Dalton, apresentada no início do século XIX, representou uma mudança significativa na compreensão da natureza da matéria. A ideia de que a matéria seria composta de partículas ou corpúsculos não era totalmente nova, uma vez que Boyle e Newton, por exemplo, já haviam elaborado teorias corpusculares. Porém, a maneira sistemática com que Dalton formulou seu atomismo, incluindo a introdução de pesos atômicos relativos e a explicação das reações químicas em termos de combinações de átomos, foi inovadora.

BROWN, Ford Madox. Dalton collecting marsh fire gas. [Entre 1879 e 1893]. Pigmento, verniz, goma e cera sobre painel.

Nesse mural, presente na Prefeitura de Manchester (Reino Unido), John Dalton coleta gás de pântano (metano).

Modelo atômico de Dalton Embora Dalton tenha se dedicado a diversos campos da Ciência, é do estudo dos gases que resulta o trabalho que lhe conferiu notoriedade. Ele retomou outras teorias corpusculares, analisou trabalhos de outros cientistas de sua época, averiguou os resultados de seus próprios experimentos e propôs sua versão da teoria atômica. Ela se alicerça nos seguintes princípios básicos. • As substâncias são formadas por elementos, que são agrupamentos de partículas indivisíveis e pequenas chamadas átomos, ou partículas finais. • Cada elemento é formado por átomos idênticos e únicos, com características específicas, como massa e tamanho. • Elementos diferentes são formados por átomos diferentes. • Durante uma transformação química, os átomos não são criados ou destruídos, apenas reagrupados. • Os agrupamentos podem ser formados por átomos de mesmo tipo ou de tipos diferentes, em proporções fixas de números inteiros (1 e 2, 1 e 3 etc.).

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UNIDADE

SPICYTRUFFEL/SHUTTERSTOCK.COM

UNIVERSITY OF TORONTO LIBRARY

Esse modelo forneceu uma explicação mais clara e sistemática para a composição da matéria e para as reações químicas, reforçou a lei da conservação das massas ao explicar que as reações envolvem a recombinação de átomos em novas disposições e possibilitou o entendimento de como e por que os elementos se combinam em proporções definidas para formar substâncias. Dalton divulgou sua teoria atômica no livro A new system of chemical philosophy (“Um novo sistema de filosofia química”, em tradução livre), publicado em 1808.

DALTON, John. A new system of chemical philosophy. London: [s. n.], 1808. p. 218-219.

Na página da esquerda, estão algumas representações dos elementos, enquanto, na página da direita, há uma descrição dos pesos atômicos relativos calculados por Dalton.

Os átomos e suas representações Os símbolos propostos por Dalton foram posteriormente substituídos pelo sistema criado pelo químico sueco Jöns Jacob Berzelius (1779-1848), que é utilizado até hoje. Entre os diversos trabalhos realizados por Berzelius estava a padronização da nomenclatura química. Ao compilar um novo conjunto de informações técnicas a respeito de medicamentos e equipamentos farmacêuticos, ele notou inconsistências na representação dos elementos e de substâncias químicas, o que o levou a desenvolver um novo sistema de nomenclatura.

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Hidrogênio H

Oxigênio O

Nitrogênio N

Carbono C

H2O

CO2

Enxofre S

EDITORIA DE ARTE

Nesse sistema, o nome de um elemento era abreviado em latim (ou grego), utilizando a letra inicial maiúscula ou a inicial seguida de uma segunda letra minúscula, quando havia mais de um elemento com a mesma inicial. Por exemplo, Ag é o símbolo para prata, cujo nome em latim é argentum; e Au é o símbolo para ouro, cujo nome em latim é aurum. Vale destacar que os círculos propostos por Dalton, de certo modo, foram precursores das representações atuais dos átomos como esferas coloridas de diferentes tamanhos, que são usadas para fins didáticos, já que átomos não apresentam cor e seus diâmetros são relativos.

Alguns exemplos de átomos e moléculas representados por esferas e com a nomenclatura atual. Os números ao lado das letras, chamados índices, indicam a quantidade de átomos de cada elemento em uma molécula. Dessa forma, H2O designa uma molécula com dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio. Com essa nomenclatura, fica fácil diferenciar substâncias simples, constituídas por átomos de um único elemento (como N2), de compostas, formadas por átomos de dois ou mais elementos (como CO2). Essas fórmulas químicas, baseadas na nomenclatura de Berzelius, são usadas em equações químicas para indicar os reagentes e os produtos de uma transformação.

O átomo é indivisível? REfliTA

Não escreva no livro.

4 No seu entendimen-

to, qual é a relação entre os átomos e a eletricidade?

É comum que fenômenos relacionados à eletricidade despertem a atenção de estudiosos. Alguns filósofos gregos, por exemplo, Tales de Mileto, Platão e Aristóteles, atritavam materiais, como o âmbar, para observar a atração e a repulsão entre eles. Entretanto, foi apenas no século XVII que o fenômeno da eletricidade começou a ser realmente elucidado.

O tubo de Crookes O físico alemão Otto von Guericke (1602-1686) inventou, por volta de 1663, o primeiro gerador de eletricidade estática: uma esfera sólida de enxofre sobre um eixo que a permitia girar e, assim, atrair ou repelir penas. Muitos outros cientistas dedicaram esforços no estudo de fenômenos relacionados à eletricidade, entre eles o escritor e estadista estadunidense Benjamin Franklin (1706-1790), o teórico político e químico britânico Joseph Priestley e o físico francês Charles Augustin de Coulomb (1736-1806).

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SOBRE

Eletrodos são componentes metálicos usados em dispositivos que trabalham com eletricidade. De modo geral, aparelhos elétricos têm dois eletrodos formados por metais distintos, e a eletricidade flui entre eles, fazendo-os funcionar.

D-KURU/WIKIPEDIA/WIKIMEDIA COMMONS 2.0

O entendimento da eletricidade e a possibilidade de gerá-la e controlá-la levaram diversos cientistas a estudar sua relação com diferentes materiais e objetos. O físico e químico inglês Michael Faraday (1791-1867), em 1838, foi o primeiro a investigar o que acontecia quando se submetia gases à baixa pressão e a descargas elétricas em um sistema fechado. Em 1857, Heinrich Geissler (1815-1879) aprimorou a montagem experimental utilizada por Faraday, pois conseguiu reduzir ainda mais a pressão dentro do sistema. Com esse tipo de experimentação, descobriu-se que, sob certas circunstâncias, eram emitidos raios do eletrodo negativo em direção ao eletrodo positivo. Como o eletrodo negativo é chamado de cátodo, o físico alemão Gotthilf-Eugen Goldstein (1850-1930) os nomeou raios catódicos, em 1876. Em 1879, o químico e físico inglês William Crookes (1832-1919) conseguiu reduzir a pressão interna desse sistema, de modo a ficar próxima da pressão de vácuo. Por isso, seu aparato experimental foi considerado um marco tecnológico e ficou conhecido como tubo de Crookes. Ele possibilitou a descoberta de que os raios catódicos se propagam em linha reta, pois a presença de um objeto na trajetória dos raios resulta em uma sombra na parede do tubo oposta ao cátodo, a qual é coberta com uma substância fluorescente.

UNIDADE

Cátodo (eletrodo negativo)

Direção dos raios catódicos

RTOR/ IO MA PATRIZ STOCK.COM ER SHUTT

Representação de aparelho similar ao tubo de Crookes (A). Esse tubo é o precursor de tecnologias utilizadas hoje, como as lâmpadas fluorescentes (B), e de alguns modelos de monitores e televisores antigos, popularmente conhecidos como “de tubo” (C).

LIAL/SHUTTERSTOCK.COM

Eletrodo positivo

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CHAMELEONSEYE/SHUTTERSTOCK.COM

O Prêmio Nobel é uma das premiações científicas internacionais de maior prestígio e foi criado em 29 de junho de 1900 pelo químico sueco Alfred Nobel (1833-1896), o inventor da dinamite. Em seu testamento, Nobel estipulou que grande parte de sua fortuna seria dedicada à premiação de pessoas ou organizações que fizessem contribuições significativas para a humanidade, em seis categorias: Paz, Literatura, Medicina, Física, Química e Economia.

Modelo de medalha de ouro concedida pela Fundação Nobel aos ganhadores do prêmio.

A descoberta do elétron O físico britânico Joseph John Thomson (1856-1940) também se interessou pelos efeitos observados no tubo de Crookes. Por isso, realizou vários experimentos para estudar os raios catódicos e suas interações, observando o seguinte. • Os raios tinham massa. • Os raios eram desviados por um campo elétrico, indicando que teriam carga. • A razão entre a carga e a massa das partículas que constituíam os raios catódicos era constante, independentemente dos eletrodos e do gás utilizados. • Os eletrodos feitos de diferentes metais produziam os mesmos resultados. Com base nos dados obtidos, Thomson propôs que todo tipo de matéria teria uma partícula fundamental que seria 1 840 vezes menor do que o íon hidrogênio (mais tarde identificado como o próton). Em outras palavras, essa partícula faria parte de todo e qualquer átomo. Em seu trabalho, chamou-a de corpúsculo; posteriormente, ela foi renomeada elétron, termo que havia sido sugerido pelo físico irlandês George Johnstone Stoney (1826-1911), em 1891, para designar a unidade fundamental da eletricidade. Pela relevância da descoberta do elétron para o estudo da condução elétrica dos gases, Thomson foi agraciado com o Prêmio Nobel de Física em 1906. O trabalho de Thomson não lhe permitiu descobrir o valor da carga do elétron. Isso foi feito, posteriormente, pelo físico estadunidense Robert Andrews Millikan (1868-1953), que, por seu trabalho sobre cargas elétricas elementares e sobre o efeito fotoelétrico, recebeu o Prêmio Nobel de Física em 1923. WIKIPEDIA/WIKIMEDIA COMMONS 1.0

SOBRE

Aparelho utilizado por Millikan em seu experimento de determinação da carga do elétron.

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UNIDADE

Modelo atômico de Thomson A ideia de que os átomos eram formados por elétrons não se encaixava no modelo proposto por Dalton, levando Thomson a apresentar um novo modelo para o átomo. Estudos científicos realizados à época revelaram que a matéria tem natureza elétrica e que os átomos, apesar de serem neutros, apresentam cargas elétricas negativas e positivas que se anulam. Diante disso, Thomson levou quase uma década para resolver os seguintes problemas. • Como explicar a massa do átomo se o elétron tem apenas cerca de um milésimo da massa do átomo de hidrogênio?

Temos, portanto, em primeiro lugar, uma esfera com carga elétrica positiva uniforme, e, dentro dessa esfera, um número de corpúsculos dispostos em uma série de anéis paralelos [e concêntricos], sendo o número de corpúsculos variável de anel para anel. Cada corpúsculo se desloca em alta velocidade na circunferência do anel no qual está situado, e os anéis estão organizados de tal forma que aqueles que contêm muitos corpúsculos estão próximos da superfície da esfera, enquanto aqueles em que há uma menor quantidade de corpúsculos estão mais próximos do centro da esfera.

STUDIOVIN/SHUTTERSTOCK.COM

• Como imaginar o átomo eletricamente neutro, quando a única partícula fundamental conhecida tem carga negativa? A apresentação de uma proposta sobre a estrutura do átomo foi publicada por Thomson em 1904. Nota-se, pelo texto, que, diferentemente de Dalton, Thomson imaginava um átomo dinâmico, repleto de movimento de seus constituintes. Além disso, pode-se dizer que os avanços tecnológicos ocorridos de uma época para a outra contribuíram para sua percepção. Leia, a seguir, um trecho desse texto.

THOMSON, Joseph John. On the structure of the atom: an investigation of the stability and periods of oscillation of a number of corpuscles arranged at equal intervals around the circumference of a circle; with application of the results to the theory of atomic structure. The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science, London, v. 7, n. 39, p. 237-265, mar. 1904. p. 254. Tradução nossa.

AT¡v¡DaDeS

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1. Chegar aos modelos atômicos mais modernos

e aceitos atualmente não foi uma caminhada fácil. Hoje, a palavra átomo faz parte do cotidiano, embora muitas pessoas ainda não entendam claramente o que o átomo em si representa para a Ciência Moderna. Peça a diferentes pessoas de sua família que desenhem um átomo como elas o imaginam. Guarde esses desenhos para compará-los com os diferentes modelos propostos e, posteriormente, explicar a elas os átomos estudados neste e no próximo Tema.

2. Um estudante do Ensino Fundamental perguntou a você como é o átomo. Escreva a explicação que você daria a esse estudante com base nas características apresentadas pelo modelo de Dalton.

3. Em que aspecto o modelo atômico de Thomson

avança em relação ao modelo atômico de Dalton?

4. Releia o texto em que Thomson descreve seu

modelo atômico e, com base nas considerações do cientista inglês, proponha uma ilustração que o represente de maneira adequada.

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8 TEMA

Respostas e comentários deste Tema estão disponíveis nas Orientações para o professor.

Do modelo de Rutherford ao modelo quântico

Como geralmente acontece, à medida que as fragilidades de um modelo são percebidas e que tecnologias mais sofisticadas são desenvolvidas, modelos mais elaborados são propostos. O modelo atômico de Thomson foi apresentado anteriormente, mas, como será estudado, ele foi insuficiente para explicar a complexidade dos átomos. Na busca pelo aprimoramento, muitos cientistas deram contribuições importantes, mas serão destacados, neste Tema, os trabalhos de Ernest Rutherford e Niels Bohr (1885-1962), que permitiram chegar ao modelo atômico quântico aceito atualmente.

REfliTA

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1 O que você sabe

sobre átomos além do modelo atômico de Thomson?

PRINT COLLECTOR/GETTY IMAGES

J. J. Thomson e seu grupo de pesquisa no jardim do Laboratório Cavendish, localizado em Cambridge (Inglaterra), 1898. Thomson está sentado ao centro, de braços cruzados, e Rutherford está logo atrás dele.

O trabalho de Rutherford Ernest Rutherford estudou em escolas públicas e, em 1893, formou-se em Matemática e Ciências Físicas na Universidade da Nova Zelândia. Em seguida, foi fazer doutorado, sob orientação de J. J. Thomson, em Cambridge, na Inglaterra. Após o doutorado, Rutherford tornou-se professor de Física na Universidade McGill, em Montreal, no Canadá, em 1898, trabalhou em colaboração com diversos cientistas, como o químico inglês Frederick Soddy (1877-1956).

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No Canadá, dedicou-se por muito tempo ao estudo das emissões de materiais radioativos. Ele identificou e caracterizou, com outros cientistas, dois tipos diferentes de emissão, que denominou alfa (a) e beta (b). Já o químico e físico francês Paul Villard (1860-1934) identificou a existência de um terceiro tipo, denominada emissão gama (y). Ainda no Canadá, Rutherford desenvolveu um experimento no qual a radiação a, emitida por um material radioativo, passava por uma fenda estreita para interagir com diferentes metais, como o ouro. O experimento foi realizado com o equipamento a vácuo, isto é, sem ar, e depois contendo ar. Ele observou duas situações quando a radiação atingia uma chapa fotográfica após interagir com as folhas de ouro. B

SOBRE

ORACICART

UNIDADE

Materiais radioativos são formados por átomos de núcleo instável, que emitem energia por radiação. Tal emissão é espontânea, e a natureza das radiações inclui ondas eletromagnéticas e partículas, com ou sem carga.

Rutherford concluiu que a maior largura Placa fotográfica e a falta de definição das linhas de contorno Placa de cristal evidenciavam uma dispersão da radiação pelo Partículas a ar. Em outro experimento, realizado apenas no vácuo, o cientista cobriu metade da fenda com uma fina placa de mica, um tipo de cristal, e obteve resultados semelhantes: ao passar pela placa de mica, as partículas se espalhavam, formando uma imagem de menor nitidez Representação do experimento de Rutherford na chapa fotográfica. envolvendo a dispersão de radiação alfa através de uma Com base nos resultados desse experimento, placa de cristal (imagem sem escala; cores fantasia). Rutherford concluiu que, nos átomos, deveria haver intensas forças elétricas, como previa o modelo atômico de Thomson, que causavam o espalhamento das partículas positivas da radiação a. De volta à Inglaterra, em 1907, Rutherford assumiu uma posição na Universidade de Manchester e, ali, continuou os estudos. Com seu assistente de laboratório, o físico alemão Johannes Wilhelm Hans Geiger (1882-1945), ele começou a investigar de maneira mais quantitativa o espalhamento das partículas a ao atravessar folhas finas de metal ou lâminas de mica. Em dado momento, o físico inglês Ernest Marsden (1889-1970), na época, ainda aluno do curso de Física, juntou-se a eles.

ORACICART

Representação dos resultados obtidos por Rutherford no experimento no qual a radiação alfa, após interagir com as folhas de ouro, atingia chapas fotográficas. No vácuo, o resultado da chapa indicou um feixe estreito com bordas perfeitamente nítidas (A), e, no ar, o resultado da chapa indicou um feixe maior com bordas difusas (B) (imagens sem escala; cores fantasia).

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Fonte radioativa

Elaborada com base em: CHANG, Raymond; GOLDSBY, Kenneth A. Química. 11 ed. Porto Alegre: AMGH, 2013. p. 44.

PAULO CÉSAR PEREIRA

LÁPIS 13B

Tela fluorescente

Os pesquisadores realizaram diversas medições e perceberam um padrão nos resultados: sempre se observava, além do espalhamento já conhecido, certa quantidade de radiação desviada em grandes ângulos e certa quantidade de radiação sem nenhum desvio. Os resultados dos experimentos parePartícula não desviada ciam colocar em questão o modelo atômico proposto por Thomson. Após interpretá-los, os cientistas chegaram a algumas conclusões. Rutherford percebeu que a razão pela qual uma pequena parte das partículas positivas havia sofrido desvios consideráFolha veis estava no fato de que elas haviam se de ouro chocado com uma pequena região positiva de massa significativa nos átomos. É necessário lembrar que, nesse período, já se sabia que cargas elétricas iguais se repelem. Desse modo, ele sugeriu que as partículas Partícula que haviam atravessado a folha de ouro desviada sem sofrer alteração teriam passado por uma área pouco densa do átomo, que corresponderia à sua maior parte e não teria carga positiva. B

Representação do experimento de Rutherford, Geiger e Marsden (imagem sem escala; cores fantasia). Átomo

Partícula a

Átomo

Partícula a

Elaborada com base em: CHANG, Raymond; GOLDSBY, Kenneth A. Química. 11 ed. Porto Alegre: AMGH, 2013. p. 44.

Representação de resultado esperado de acordo com o modelo de Thomson (A) e de resultado obtido no experimento de Rutherford, Geiger e Marsden (B) (imagens sem escala; cores fantasia). Rutherford recebeu o Prêmio Nobel de Química em 1908 por suas investigações sobre a desintegração dos elementos e a química das substâncias radioativas.

Modelo atômico de Rutherford Em 1911, Rutherford publicou um artigo apresentando os experimentos e um novo modelo atômico. Já em 1914, publicou outro artigo discutindo as conclusões do trabalho anterior e seu modelo recém-proposto.

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Eu supus que o átomo consistia em um núcleo de pequenas dimensões carregado positivamente, no qual se concentrava praticamente toda a massa do átomo. Para tornar o átomo eletricamente neutro, o núcleo deveria ser cercado por uma distribuição de elétrons que se estende a distâncias comparáveis ao raio do átomo. RUTHERFORD, Ernest. The structure of the atom. Philosophical Magazine, [London], s. 6, v. 27, p. 488-498, Mar. 1914. p. 488-489. Tradução nossa. Disponível em: https://www.chemteam.info/ Chem-History/Rutherford-1914.html. Acesso em: 14 set. 2024.

KOLONKO/ SHUTTERSTOCK.COM

O átomo quântico

Elétron

Núcleo

ADILSON SECCO

Leia um trecho desse último artigo.

UNIDADE

Possível representação do átomo de Rutherford com base no modelo proposto em 1914 (imagem sem escala; cores fantasia).

Rutherford não definiu como os elétrons seriam organizados no átomo, como o fez Thomson; sua grande contribuição foi ter sugerido a existência de um núcleo no átomo e determinado que ele tem carga elétrica positiva. Não Apesar de ter sido um grande passo para a compreensão da estrutura do escreva REfliTA no livro. átomo, seu modelo não explicava algumas questões, como o fato de que partículas com carga elétrica negativa e massa pequena, como os elétrons, 2 Você já se deparou com a palavra quânorbitando ao redor de uma região com grande massa e carga elétrica positiva tica antes? Se sim, (o núcleo), tenderiam a perder energia cinética, o que as faria ser atraídas em qual situação? em direção ao núcleo, até eventualmente colidirem com ele. Isso seria o esperado, pelo que explicava a Física Clássica. Rutherford considerou que deveria existir algo que permitisse a estabilização do átomo, mas não chegou a conclusões que o satisfizessem. Quem SOBRE conseguiu dar uma resposta eficiente a esse problema foi o físico dinamarA Física pode ser quês Niels Bohr, que, em 1911, foi à Inglaterra trabalhar com Thomson e separada em duas Rutherford. vertentes: a clássica e Para propor seu modelo atômico, Bohr se baseou nos trabalhos de a moderna. A Física alguns cientistas, como Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887), Robert Clássica é composta Bunsen (1811-1899), Albert Einstein e Max Planck, que contribuíram para o dos conhecimentos entendimento de que os átomos emitem ou absorvem energia de maneira desenvolvidos desde característica e quântica, isto é, em quantidades específicas. a Antiguidade até o Essa quantidade específica recebeu o nome de fóton, de modo que final do século XIX, como a Mecânica e um átomo pode absorver ou liberar um fóton, dois fótons, três fótons, por a Óptica; já a Física exemplo, mas não pode fazer o mesmo com valores não inteiros, como Moderna é composta 1,5 fóton. Pode-se entender o fóton como uma partícula de zero massa e dos conhecimentos zero carga elétrica que carrega uma quantidade específica de energia. desenvolvidos a partir do final do século XIX e do início do século XX, como a Mecânica Quântica, que é fundamental para Espectro de luz. Os átomos podem absorver e liberar energia ao interagir com a o entendimento da luz. Cada cor está associada a um valor energético específico, um fóton, sendo a estrutura atômica atual. luz violeta a mais energética e a luz vermelha a de menor energia.

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Modelo atômico de Bohr Em 1913, Bohr propôs seu modelo, retomando, em parte, o que Thomson havia proposto e mantendo a ideia de núcleo de Rutherford. Ele apresentou o seguinte. M (n = 3)

• Os elétrons se movimentam em camadas circulares ao redor do núcleo. Elétron

• Cada camada comporta um número específico de elétrons.

L (n = 2)

• Os elétrons trocam de camada quando absorvem ou liberam uma quantidade específica de energia. Bohr elucidou a estrutura atômica, em especial quanto à organização dos elétrons, e foi, por isso, laureado com o Nobel de Física em 1922. As camadas propostas por Bohr podem ser identificadas pelos números de 1 a 7 ou pelas letras K, L, M, N, O, P e Q, de modo que a camada 1 ou K é a mais próxima do núcleo, e a camada 7 ou Q é a mais distante. Quanto mais afastada do núcleo está a camada, maior é o valor de energia associado a ela e, consequentemente, maior é o valor de energia que os elétrons devem ter para ocupá-la. Ou seja, elétrons que ocupam a camada 2 têm maior energia do que elétrons que ocupam a camada 1, e assim por diante. Além disso, cada camada comporta uma quantidade máxima de elétrons.

K (n = 1)

ALEX SILVA

Núcleo

Representação de um átomo genérico de três camadas, segundo o modelo de Bohr (imagem sem escala; cores fantasia).

Distribuição eletrônica no átomo de Bohr

Aumento de energia

Nível

Camada

Máximo de elétrons

O salto quântico, também chamado de transição eletrônica, é a maneira pela qual elétrons trocam de camada no átomo. Ele ocorre em dois momentos: quando um elétron absorve energia e salta para uma camada mais energética e quando esse elétron libera o mesmo valor de energia que foi absorvido e retorna à sua camada original. Energia absorvida Elétron

Núcleo

Salto quântico

PAULO CÉSAR PEREIRA

Representação dos processos de absorção e de emissão de energia segundo o modelo de Bohr (imagem sem escala; cores fantasia).

Energia liberada

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O modelo de Bohr foi um marco por introduzir a Física Quântica no estudo da estrutura atômica, mas tinha falhas, de modo que a busca pela compreensão da estrutura do átomo não parou com esse trabalho, e outros modelos foram apresentados e aprimorados. No entanto, em razão da complexidade desses outros modelos, eles serão estudados em outro momento. Além disso, neste momento, o modelo de Bohr é suficiente para entender uma série de conceitos importantes da Química e o conteúdo dos tópicos a seguir.

A composição do núcleo atômico

UNIDADE

Para uma abordagem contextualizada do tema, recomenda-se a leitura do artigo “Oficina temática: uma proposta metodológica para o ensino do modelo atômico de Bohr”, de Giovanna Stefanello Silva e outros autores, disponível em https://www.scielo. br/j/ciedu/a/gJsCwzN8yCbWvhrJpKSHMKg/?format=pdf&lang=pt (acesso em: 16 set. 2024). Não

PAULO CÉSAR PEREIRA

Em 1886, o físico alemão Gotthilf-Eugen Goldstein realizou experimentos escreva REfliTA no livro. utilizando um cátodo perfurado acoplado a um tubo de Crookes. Na parte de trás do cátodo, verificou que havia um feixe luminoso no sentido oposto ao do 3 Se o núcleo atômico é formado por parfluxo de elétrons. Verificou também que o feixe se desviava quando estava sob tículas de carga poa ação de uma placa carregada negativamente, posicionada do lado externo sitiva, por que elas do tubo. Goldstein concluiu então que esse feixe devia ter carga positiva e o não se repelem? chamou de raios canais ou raios anódicos, pois partiam do ânodo e atravessavam os “canais”, as perfurações, do cátodo.

Raios canais (raios anódicos)

Fluxo de elétrons (raios catódicos)

Ânodo (+) Cátodo (_) Saída de ar para a bomba de vácuo

Elaborada com base em: CHANG, Raymond; GOLDSBY, Kenneth A. Química. 11 ed. Porto Alegre: AMGH, 2013. p. 41-42.

Representação do experimento de Goldstein com os raios canais (imagem sem escala; cores fantasia).

Cerca de dez anos mais tarde, o físico alemão Wilhelm Wien (1864-1928) estudou os raios canais e demonstrou que essas partículas positivas tinham a mesma massa que os átomos de hidrogênio. Quase 20 anos depois, Rutherford, em 1918, sugeriu chamar essas partículas de prótons e as incorporou ao núcleo de seu modelo. Nessa ocasião, ele já tinha proposto o modelo atômico nuclear e ganhado o Prêmio Nobel por suas pesquisas envolvendo radioatividade. Um próton (do grego prôtos, que significa “primeiro”) é um átomo de hidrogênio que transferiu seu elétron e apresenta massa 1 840 vezes maior do que a massa do elétron. O nome foi dado em homenagem ao médico e químico britânico William Prout (1785-1850), que, em 1815, formulou a hipótese de que os átomos de todos os elementos eram formados por átomos de hidrogênio. Além disso, Rutherford sugeriu a possibilidade de que o núcleo fosse formado por dois tipos de partícula, o próton e outra eletricamente neutra, o que traria estabilidade para o núcleo.

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Núcleo atômico

O nêutron, seguindo a previsão de Rutherford, foi identificado em 1932 pelo físico inglês James Chadwick (1891-1974), seu ex-aluno que, em 1935, recebeu o Prêmio Nobel de Física por esse trabalho. Acompanhe algumas características das partículas estudadas.

VINICIUS FIORATTI

Próton

Nêutron

Representação de um núcleo atômico genérico após a descoberta dos prótons e dos nêutrons (imagem sem escala; cores fantasia).

Caracterização de partículas subatômicas Partícula

Região do átomo

Carga (em coulomb)

Massa (em kg)

Massa relativa

Elétron

Eletrosfera

_1,6 ? 10_19

9,1 ? 10_31

0,00054

Próton

Núcleo

+1,6 ? 10

_27

1,7 ? 10

Nêutron

Núcleo

Nula

1,7 ? 10_27

_19

Fonte dos dados: RIEDEL, R. (ed.). CRC Handbook of Chemistry and Physics. 89th ed. Boca Raton: CRC Press, 2008. p. 1-1, 1-5.

Ao trabalhar o conceito de isótopos, pode-se apresentar o termo nuclídeo referente a cada tipo de átomo de um elemento químico caracterizado por um número de prótons e um número de nêutrons. Os nuclídeos de um mesmo elemento têm o mesmo número de prótons, por isso, são considerado isótopos.

Representação de três isótopos de carbono (imagens sem escala; cores fantasia).

BENTINHO

Essas pesquisas serviram de base para atualizar diferentes nomenclaturas utilizadas pela comunidade científica. Elemento químico, por exemplo, passou a ser o termo utilizado para se referir aos átomos que apresentam a mesma quantidade de prótons em seu núcleo. Todos os átomos do elemento químico oxigênio, por exemplo, apresentam 8 prótons em seu núcleo. Pode-se dizer, inclusive, que a identidade de um átomo é dada por seu número de prótons, que é denominado número atômico e é representado pela letra Z. Já eletrosfera, nomenclatura comumente utilizada em livros no Brasil, remete à região do átomo na qual se encontram os elétrons. O termo é equivocadamente creditado a Rutherford, mas não se sabe ao certo sua origem, já que não está presente nos trabalhos em que ele descreve a estrutura do átomo. Os nêutrons têm papel fundamental na estabilização do núcleo atômico, mas sua quantidade, representada pela letra N, pode variar em átomos de um mesmo elemento. Os átomos de um mesmo elemento químico com quantidades diferentes de nêutrons são chamados de isótopos. Cada isótopo de um elemento químico é representado pelo seu número de massa (A), que é a soma do número de prótons e do número de nêutrons.

_ _ _ _ Carbono-12

Carbono-13

Carbono-14

6 elétrons 6 prótons 6 nêutrons

6 elétrons 6 prótons 7 nêutrons

6 elétrons 6 prótons 8 nêutrons

Número de massa A = 6 + 6 = 12 Estável

Número de massa A = 6 + 7 = 13 Estável

Número de massa A = 6 + 8 = 14 Radioativo

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UNIDADE

A proposta de Berzelius utilizada até hoje para a nomenclatura química foi apresentada no Tema anterior. Segundo essa proposta, os elementos são representados por um símbolo, que corresponde à primeira letra ou às duas primeiras letras do nome deles. A primeira letra é maiúscula, e a segunda, se houver, é minúscula. Dependendo do elemento, os símbolos podem derivar do nome em latim ou em grego; hoje, eles podem derivar também de nomes de cidades, estados, cientistas etc. O ferro, por exemplo, é representado pela sigla Fe, que deriva do latim ferrum. Para representar os elementos e seus isótopos, além do símbolo, escreve-se o número atômico ao lado esquerdo do símbolo, na parte inferior, e o número de massa do mesmo lado, na parte superior. Número de massa

A Z

Número atômico

Símbolo do elemento químico

56 26

Acompanhe alguns exemplos de isótopos e suas representações. Alguns isótopos e suas representações Elemento

Prótons (Z)

Nêutrons (N)

Número de massa (A)

Representação

Hidrogênio

1+0=1

1 1

Hidrogênio

1+1=2

2 1

Carbono

6 + 6 = 12

12 6

Carbono

6 + 7 = 13

13 6

Urânio

146

92 + 146 = 238

238 92

Urânio

143

92 + 143 = 235

235 92

H C C U U

A organização dessas partículas ainda é motivo de questionamento e de intenso debate no meio científico. Novas teorias e formas de compreender a matéria e suas interações seguem sendo elaboradas e discutidas.

AT¡v¡DaDeS

Não escreva no livro.

1. Considerando o que aprendeu sobre o modelo atômico de Rutherford, desenhe, em uma

folha avulsa, átomos de diferentes elementos químicos. Troque seus desenhos com os colegas e avalie se estão todos entendendo a noção de átomo da mesma maneira.

2. Rutherford realizou um experimento com uma folha de ouro. Explique o que ele queria demonstrar com esse experimento.

3. As descobertas de Rutherford trouxeram avanços em relação ao modelo proposto por Thomson. Apresente alguns desses avanços.

4. Com base no que aprendeu sobre os modelos atômicos de Rutherford e de Bohr, explique o que o segundo traz de novo em relação ao primeiro.

5. Lembra-se dos desenhos de átomo solicitados a seus familiares na atividade 1 do Tema anterior? Pegue-os e analise-os com base no que já estudou. Como você avalia esses desenhos agora?

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9 TEMA

Respostas e comentários deste Tema estão disponíveis nas Orientações para o professor. Vale mencionar para os estudantes que alguns dos elementos encontrados naturalmente na Terra, como o tecnécio (número atômico 43) e o promécio (número atômico 61), existem em quantidades extremamente pequenas ou são formados como produtos de decaimento radioativo. Além desses, outros elementos com números atômicos maiores, como o amerício (número atômico 95) e o cúrio (número atômico 96), são sintetizados artificialmente em laboratórios, mas também podem ser encontrados em quantidades residuais na natureza, resultantes de reações nucleares ou decaimento de elementos mais pesados.

Tabela periódica

Estima-se que o Universo tenha se formado há cerca de 14 bilhões de anos, após o evento conhecido como Grande Explosão (Big Bang). Com o passar do tempo, as partículas originadas no Big Bang se combinaram de diversas formas, até chegarem ao que existe hoje: átomos de 94 elementos químicos encontrados naturalmente na Terra. Além disso, em diversos laboratórios do mundo, ao longo das últimas décadas, átomos de outros 24 elementos foram produzidos artificialmente. 10_32 s: surgem as primeiras partículas de matéria.

QAI PUBLISHING/UNIVERSAL IMAGES GROUP/GETTY IMAGES

Início: a explosão deu início ao próprio espaço e o tempo (antes disso, em 10_43 s, as leis da Física não se aplicavam).

10_35 s: inflação e separação das forças fundamentais.

10_24 s: surgem as primeiras partículas de antimatéria.

10_6 s: surgem prótons e neutros, e, posteriormente, elétrons.

200 milhões de anos: surgem as primeiras estrelas (que formarão os átomos de elementos mais pesados).

O Universo torna-se mais frio.

300 mil anos: surgem os primeiros átomos de elementos mais leves.

500 milhões de anos: surgem as primeiras galáxias.

13,7 bilhões de anos: configuração atual.

Representação das etapas de desenvolvimento do Universo desde a Grande Explosão, ou Big Bang (imagem sem escala; cores fantasia). ESPAÇOS DE APRENDiZAGEM

• Este texto noticia a possibilidade da síntese de mais um elemento químico. FELIX, Milena. Cientistas abrem caminho para criação de novo elemento da tabela periódica. Estadão, São Paulo, 6 ago. 2024. Disponível em: https://www.estadao.com.br/ciencia/cientistasabrem-caminho-criacao-novo-elemento-tabela-periodica-nprm/. Acesso em: 15 set. 2024.

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Na Terra, os átomos dos elementos naturais se combinam para formar muitos materiais com os quais as pessoas convivem no dia a dia. Alguns desses elementos são conhecidos desde a Antiguidade, mas foi a partir do século XVII, após a descoberta do fósforo pelo alquimista alemão Hennig Brand (c. 1630-c. 1710) e com o desenvolvimento da Química como Ciência, que ocorreram a identificação e a caracterização de um número crescente de elementos químicos. A partir desse momento, despertou-se a necessidade de organizar as informações sobre os diferentes tipos de elemento. Até o início do século XIX, período em que cientistas começaram a analisar a organização sistemática dos elementos químicos, conheciam-se aproximadamente 60 elementos. Neste Tema, será desenvolvido um breve histórico do conceito de elemento químico e da concepção da tabela periódica moderna, um dos grandes feitos da Química. Além disso, será abordado o uso da tabela periódica como ferramenta para a obtenção de informações sobre os elementos químicos.

Breve histórico do conceito de elemento químico O conceito de elemento é um dos mais importantes da Química, fundamental para uma boa compreensão dessa Ciência. Apesar de o termo ser utilizado há muito tempo, o conceito moderno de elemento químico teve sua formulação apenas a partir do início do século XX. Para entendê-lo melhor, é importante fazer uma revisão histórica de sua origem e dos desdobramentos de seus significados. Já foi citada a teoria dos quatro elementos, em que alguns filósofos gregos afirmavam que toda a matéria e todos os seres vivos seriam constituídos dos elementos água, terra, fogo e ar. No entanto, para esses filósofos, o conceito não tinha o mesmo sentido que tem atualmente. Apenas no século XVII, no livro The sceptical chymist (“O químico cético”, em tradução livre), publicado por Boyle, apareceu, pela primeira vez, uma definição científica de elemento químico. Segundo Boyle, elementos seriam certos corpos primitivos e simples, perfeitamente isentos de impurezas. Essa definição foi feita em um período em que ainda não havia o conceito de átomo de Dalton. Essa compreensão de elemento como uma composição primitiva foi essencial para que Lavoisier, no século XVIII, apresentasse uma definição operacional para elemento. Segundo ele, elemento seria uma substância simples que não pode ser decomposta em outras substâncias mais simples por meio de reações químicas conhecidas. A abordagem de Lavoisier foi, portanto, essencialmente experimental (e revolucionária para a época).

UNIDADE

Destacar que a tabela periódica não precisa ser decorada. Professores e profissionais da Química não a decoram; eles sabem extrair da tabela as informações de que precisam.

REfliTA

Não escreva no livro.

1 Por que não conse-

guimos transformar um pedaço de chumbo em ouro se ambos são formados por átomos?

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Lavoisier e os químicos franceses Louis-Bernard Guyton de Morveau (17371816), Claude-Louis Berthollet (1748-1822) e Antoine-François Fourcroy (1755-1809) propuseram uma nova nomenclatura para as substâncias considerando sua composição. Para isso, a definição de elemento foi fundamental. Anos depois, em 1871, o químico russo Mendeleev alertou para a confusão estabelecida entre os termos elemento e substância simples. Uma melhor compreensão do átomo, desenvolvida a partir do início do século XX, permitiu distinguir os átomos dos diferentes elementos químicos com base nos números de prótons. Assim, atualmente, define-se elemento químico como um conjunto de átomos com o mesmo número de prótons (número atômico). Cada elemento químico apresenta três características básicas: nome, símbolo e número atômico. O nome dos elementos químicos, geralmente cunhado por aqueles que os identificaram, traz significado relacionado à origem desse elemento (por exemplo, o minério do qual foi extraído), aos astros do Sistema Solar ou à região onde foi identificado. Os elementos químicos podem, ainda, receber nomes de cientistas que foram importantes para o desenvolvimento da Ciência. Origem de alguns nomes atribuídos a elementos químicos que compõem a tabela periódica atual Elemento

Origem do nome

Magnésio

Em homenagem à península da Magnésia, região da Grécia.

Escândio

Em homenagem à Escandinávia, região em que se localizam a Dinamarca, a Suécia e a Noruega.

Rutênio

Em homenagem à Rutênia, antiga região em que hoje se localiza parte da Rússia.

Selênio

Em grego, significa “resplendor da Lua”.

Carbono

Em latim, significa “carvão”.

Einstênio

Em homenagem a Albert Einstein, físico teórico.

SOBRE

Eletrólise é o processo de decomposição de uma substância composta, fundida ou em solução, mediante a passagem de corrente elétrica.

A simbologia foi proposta por Berzelius, por volta de 1810, e é usada até hoje. Ela consiste na letra inicial maiúscula, sozinha ou seguida de uma segunda letra minúscula, dos nomes originais de cada elemento. Assim, por exemplo, o carbono é representado pela letra C; o cobre, ou cuprum em latim, por Cu; o ouro, ou aurum em latim, por Au; o hélio, ou helium em latim, por He; o potássio, ou kalium em latim, por K; o sódio, ou natrium em latim, por Na; e o fósforo, ou phosphorus em grego, por P. O número atômico é a identidade do elemento químico, pois confere a ele suas características físicas e químicas. Os primeiros elementos identificados foram aqueles encontrados naturalmente como substâncias simples, de fácil obtenção. Aos poucos, outros elementos foram identificados, inicialmente por meio de técnicas alquímicas e, depois, por meio de técnicas mais sofisticadas, propiciadas pelo avanço das Ciências da Natureza. Um exemplo é o alumínio, que só pôde ser isolado por meio da eletrólise.

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Organização dos elementos

Não

escreva A partir do século XVI, a quantidade de elementos químicos conhecidos REfliTA no livro. aumentou consideravelmente, surgindo a necessidade de organizar as infor2 Em seu entendimações sobre eles em um modelo ordenado. mento, por que é Em 1819, o físico-químico alemão Johann Ludwig Georg Meinecke (1781necessário organi1823) publicou um artigo no qual apresentou a ideia de que haveria uma zar os elementos periodicidade nas propriedades dos elementos químicos. Ao estudar a afinidade químicos? entre alguns deles, considerou organizá-los em grupos, como enxofre, arsênio e fósforo; cloro, nitrogênio e iodo; tungstênio, molibdênio e cromo; berílio e alumínio; bário e estrôncio etc. No entanto, a falta de precisão na determinação dos pesos atômicos dificultou o estabelecimento de relações claras. Vários outros cientistas, como Humphry Davy (1778-1829), Louis-Jacques Thenard (1777-1857) e André-Marie Ampère (1775-1836), estudaram as semelhanças entre as propriedades de elementos e apresentaram classificações. Foi nesse contexto que o químico alemão Johann Wolfgang Döbereiner (1780-1849) apresentou suas tríades, que ficaram conhecidas como tríades de Döbereiner. Döbereiner notou que certos elementos apresentavam propriedades químicas e físicas semelhantes, como reatividade e peso atômico (atual massa atômica), e podiam ser organizados em grupos de três, as chamadas tríades. Um dos aspectos mais notáveis que o cientista observou nelas foi que o peso atômico do elemento do meio era aproximadamente a média aritmética dos pesos atômicos dos outros dois elementos do trio. Isso indicava uma regularidade numérica entre os elementos, o que ajudou a estabelecer a ideia de que as propriedades dos elementos poderiam estar relacionadas a seus pesos atômicos. Acompanhe algumas tríades propostas por Döbereiner.

UNIDADE

Tríades de Döbereiner Cloro, bromo e iodo Enxofre, selênio e telúrio Lítio, sódio e potássio

O trabalho de Döbereiner foi muito importante para o desenvolvimento da Química da época, mas não prosperou por causa de algumas dificuldades, como a imprecisão do conceito de peso atômico e de seus valores. Apesar disso, as tríades estimularam outros cientistas a buscar classificações e a determinar pesos atômicos de maneira mais precisa. Um deles foi o químico alemão Leopold Gmelin (1788-1853), que apresentou um quadro em que as tríades eram organizadas de modo que as linhas agrupavam elementos com características semelhantes; os da esquerda seriam os mais eletronegativos, e os da direita, os mais eletropositivos (conceitos que serão estudados posteriormente).

SUKSUNT 909SHUTTERSTOCK.COM

Cálcio, estrôncio e bário

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Classificação de Gmelin O F

Si W Mo

V Os

K Sr

Reprodução da organização proposta por Chancourtois (1862), conhecida como parafuso telúrico, disponível no Museu Britânico de História Natural (A). Representação da classificação espiral de Baumhauer (1870) (B).

B SCIENCE & SOCIETY PICTURE LIBRARY/GETTY IMAGES

JOHN WILEY/VERLAG CHEMIE

Outros cientistas, como o químico alemão Max von Pettenkofer (1818-1901), o químico, geólogo e mineralogista francês Alexandre-Émile Béguyer de Chancourtois (1820-1886) e o químico alemão Heinrich Adolph Baumhauer (1848-1926), também estudaram a questão da organização dos elementos, o que levou à descoberta de outras relações entre eles e à proposição de outras classificações.

BAUMHAUER, Heinrich. Tabela periódica proposta por Baumhauer. In: MAAR, Juergen Heinrich; LENARDÃO, Eder João. A contribuição brasileira de Alcindo Flores Cabral à classificação periódica dos elementos. Scientiae Studia, São Paulo, v. 10, n. 4, p. 773-798, 2012. p. 782. Disponível em: https://www.scielo.br/j/ ss/a/p74vwxzdGg5BjFJNC6cWdLb/?format=pdf&lang=pt. Acesso em: 15 set. 2024.

Em 1864, o químico inglês John Alexander Reina Newlands (1837-1898) propôs um arranjo dos elementos químicos em um modelo periódico de oitavas, similar ao das notas musicais. Essa proposta não foi bem aceita por seus contemporâneos, mas depois se mostrou lógica, pois já incorporava relações presentes na tabela periódica atual, a qual será abordada mais adiante.

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Alcindo Cabral e a classificação periódica dos elementos

UNIDADE

AlGO A

Se achar conveniente, pedir aos estudantes que pesquisem na internet informações sobre Alcindo Flores Cabral, brasileiro que também se dedicou a buscar melhores formas de organizar os elementos químicos.

Alcindo Flores Cabral (1907-1982) nasceu em Tupanciretã (RS) e fez o curso de Capatazes Rurais em Viamão (RS). Após trabalhar em Bagé (RS), mudou-se para Pelotas (RS), onde trabalhou no Serviço de Fiscalização e Padronização da Secretaria de Agricultura, fiscalizando a exportação de alimentos, vinhos e outros produtos. Estudou no Colégio Municipal Pelotense e, em 1941, ingressou na Escola de Agronomia Eliseu Maciel (hoje, Universidade Federal de Pelotas), onde se formou em Engenharia Agronômica aos 37 anos. Em 1946, foi nomeado professor de Química Analítica nessa escola. Entre os vários trabalhos publicados por Cabral, destaca-se a Classificação natural dos elementos, de 1946, na qual mostra uma forma diferente de apresentação dos elementos químicos, distribuindo-os em formato helicoidal. Ele considerou a distribuição eletrônica ao propor tal organização.

REPRODUÇÃO/ALCINDO FLORES CABRAL

Possivelmente, por seus trabalhos não terem sido publicados em revistas científicas de circulação internacional, sua obra segue desconhecida, inclusive no Brasil.

CABRAL, Alcindo Flores. Classificação natural dos elementos: junho 1946. In: MAAR, Juergen Heinrich; LENARDÃO, Eder João. A contribuição brasileira de Alcindo Flores Cabral à classificação periódica dos elementos. Scientiae Studia, São Paulo, v. 10, n. 4, p. 773-798, 2012. p. 787. Disponível em: https://www.scielo.br/j/ss/a/p74vwx zdGg5BjFJNC6cWdLb/?format=pdf&lan g=pt. Acesso em: 15 set. 2024.

Versão final da Classificação natural dos elementos apresentada por Cabral em 1951.

As sistematizações de Meyer e Mendeleev Com o avanço no conhecimento a respeito das substâncias, de suas transformações e dos elementos químicos, mesmo que de maneira difusa e pouco padronizada, propostas mais consistentes para a organização dos elementos químicos foram se desenvolvendo. Duas dessas propostas resultaram dos trabalhos independentes de dois cientistas: do químico alemão Meyer e do químico russo Mendeleev.

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Meyer propôs a organização dos elementos com base no estudo das propriedades físicas de óxidos de diferentes elementos químicos, como a dureza, a compressibilidade e a temperatura de ebulição. Em sua organização, apresentou 56 elementos químicos distribuídos em nove grupos e em fileiras horizontais. Essa disposição não incluía o hidrogênio e elementos cujos pesos atômicos ainda não haviam sido determinados com boa precisão. Sistematização de Julius Lothar Meyer (1870) I

III

B 11,0 C 11,97

VII

VIII

Al 7,3

In 113,4

Ti 202,7

Si 28

Sn 117,8

Pb 206,4

Sb 122,1

Bi 207,5

Ti 48 N 14,01

P 30,9

As 74,9

S 31,98

Nb 93,7 Se 78

Cr 52,4 F 19,1

Li 7,1

Na 22,99

Cl 35,58

Mo 95,6

Mg 23,9

W 183,5 I 126,5

Mn 54,8

Ru 103,5

Os 198,6

Fe 55,9

Rh 104,1

Ir 196,7

Co/Ni 58,6

Pd 106,2

Pt 196,7

Rb 85,2 Cu 63,3

He 9,3

Ta 182,2 Te 128

Br 79,75

K 39,04

Ca 39,9

Cs 132,7 Ag 107,66

Sr 87,0 Zn 64,9

Zr 89,7

V 51,2 O 15,96

Au 196,2 Ba 136,8

Cd 111,6

Hg 199,8

Fonte: MAAR, Juergen Heinrich. História da química: segunda parte: de Lavoisier ao sistema periódico. Florianópolis: Papa-Livro, 2011. p. 965.

Já Mendeleev, após acompanhar os debates intensos que ocorreram no Congresso de Karlsruhe, realizado em setembro de 1860, passou a distinguir com mais clareza o conceito de peso atômico, defendido pelo químico italiano Stanislao Cannizzaro (1826-1910). A busca pela periodicidade veio da necessidade pedagógica de ensinar Química. No livro didático Osnovy khimii (“Princípios de química”, em tradução livre), publicado em 1869, Mendeleev organizou os elementos com base nas propriedades físico-químicas como funções periódicas dos pesos atômicos. Em sua proposta, ele distribuiu os elementos com propriedades semelhantes em linhas horizontais, em ordem crescente de pesos atômicos, formando grupos. Hoje, a lei periódica proposta por Mendeleev é considerada uma das maiores generalizações no campo da Química. Sua tabela periódica sistematizou os elementos químicos e abriu novas perspectivas para diversos estudos nessa Ciência.

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UNIDADE

Verifique, a seguir, um manuscrito de 17 de fevereiro de 1869, em que o cientista esboçou sua classificação periódica.

H=1

Li = 7

Zr = 90

? = 180

V = 51

Nb = 94

Ta = 182

Cr = 52

Mo = 96

W = 186

Mn = 55

Rh = 104,4

Pt = 197,4

Fe = 56

Ru = 104,4

Ir = 198

Ni = Co = 59 Pl = 106,6

Os = 199 Hg = 200

?=8

? = 22

Cu = 63,4

Ag = 108

Be = 9,4

Mg = 24

Zn = 65,2

Cd = 112

B = 11

Al = 27,4

? = 68

Ur = 116

C = 12

Si = 28

? = 70

Sn = 118

N = 14

P = 31

As = 75

Sb = 122

O = 16

S = 32

Se = 79,4

Te = 128?

F = 19

Cl = 35,5

Br = 80

I = 127

Na = 23

K = 39

Rb = 85,4

Cs = 133

Tl = 204

Ca = 40

Sr = 87,6

Ba = 137

Pb = 207

? = 45

Ce = 92

?Er = 56

La = 94

?Yt = 60

Di = 95

?In = 75,6

Th = 118?

HISTORY & ART COLLECTION/ALAMY/FOTOARENA

Ti = 50

Au = 197? Bi = 210?

MENDELEEV, Dmitri Ivanovich. [Classificação periódica]. 1869. Manuscrito.

Trecho com o sistema periódico de elementos proposto por Mendeleev e sua transcrição (à esquerda). Note que ele usou o símbolo Pl para se referir ao elemento paládio, hoje simbolizado por Pd; Yt para o itérbio, hoje Yb; Ur para o urânio, hoje apenas U; e Di para o didímio, que, sabe-se hoje, era uma mistura de dois elementos (praseodímio e neodímio).

Mendeleev apresentou suas conclusões à Sociedade Russa de Química em 1869, e elas podem ser resumidas da maneira a seguir. • Ao organizar os elementos em ordem crescente de peso atômico, percebe-se uma repetição clara de suas propriedades. • Elementos com propriedades químicas semelhantes têm pesos atômicos iguais, aproximadamente iguais (como platina, irídio e ósmio) ou crescentes de maneira regular (como potássio, rubídio e césio). • A organização dos elementos ou dos grupos de elementos seguindo a ordem crescente de peso atômico está relacionada às valências e às propriedades químicas, como evidenciado pelas séries do lítio, do berílio, do bário, do carbono, do nitrogênio, do oxigênio e do ferro. • É possível prever a descoberta de elementos ainda desconhecidos, como aqueles similares ao alumínio e ao silício, cujos pesos atômicos estariam entre 65 e 75. Com relação a esse último item, Mendeleev chamou esses elementos análogos ao alumínio e ao silício de eka-alumínio (identificado posteriormente em 1875 e nomeado gálio) e eka-silício (identificado somente em 1886 e nomeado germânio), respectivamente. Imprecisões nas medidas dos pesos atômicos levaram a erros que, posteriormente, foram corrigidos. O processo de corrigir erros e aprimorar teorias é inerente às Ciências.

SOBRE

Eka é uma palavra em sânscrito que significa “um”. O uso dos prefixos eka-, dvie tri- por Mendeleev, “um”, “dois” e “três”, respectivamente, tinha o propósito de indicar onde o elemento predito por ele apareceria após um elemento conhecido. Dessa forma, o gálio (eka-alumínio) ocuparia o primeiro espaço vazio após o alumínio.

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O nome Mendeleev também é grafado Mendeleiev em português. ESPAÇOS DE APRENDiZAGEM

• Neste livro, há dois capítulos que trazem aspectos biográficos de Mendeleev e um pouco da história da concepção da tabela periódica. STRATHERN, Paul. O sonho de Mendeleiev: a verdadeira história da química. Tradução: Maria Luiza Xavier de Almeida Borges. Rio de Janeiro: Zahar, 2002.

SCIENCE MUSEUM – LONDRES

Tabela periódica fotografada em 1926 em exibição no Science Museum (“Museu da Ciência”, em tradução livre) em Londres (Inglaterra). Note que há amostras de alguns elementos em suas respectivas posições.

O próprio Mendeleev reconhecia que sua tabela não era perfeita. Mesmo em sua nova versão, proposta em 1871, em que ele organizava os elementos em colunas verticais, separando-os por grupos e acrescentando informações sobre a reatividade de cada elemento, ainda havia inconsistências. As propriedades de alguns elementos não se alinhavam exatamente com suas posições na tabela, havia inversões nos pesos atômicos, a posição do hidrogênio era incerta, e, posteriormente, com a descoberta dos gases nobres e das terras-raras, não havia espaço adequado para eles na sua classificação.

A contribuição de Moseley Em 1913, o físico inglês Henry Gwyn Jeffreys Moseley (1887-1915), realizando experimentos com difração de raios X, verificou que os números de prótons dos átomos de um mesmo elemento químico eram iguais e o comportamento dos átomos estava relacionado com a quantidade de prótons no núcleo. Com base nessas conclusões, ele propôs que os elementos, antes organizados conforme valores crescentes de peso atômico, fossem ordenados de acordo com os valores crescentes de número atômico. Moseley também demonstrou que não existem elementos químicos mais leves do que o hidrogênio, nem elementos entre o hidrogênio e o hélio. Lembre-se de que, naquela época, vários elementos estavam previstos, mas ainda não haviam sido identificados. À medida que outros elementos eram identificados e pesquisas geravam dados mais precisos, alterações eram feitas na tabela periódica. As últimas alterações significativas resultaram da identificação do plutônio, em 1940, e de outros elementos transurânicos (com número atômico maior que o do urânio). O envolvimento do químico estadunidense Glenn Theodore Seaborg (1912-1999) na descoberta e no estudo de dez desses elementos proporcionou a ele o Prêmio Nobel de Química em 1951, compartilhado com o físico Edwin Mattison McMillan (1907-1991), o primeiro a produzir átomos de neptúnio. Seaborg desenvolveu o conceito de actinídeos e a inserção da série desses elementos abaixo da série dos lantanídeos, como aparece nas tabelas periódicas atuais. Em homenagem a esse cientista, o elemento 106 é chamado de seabórgio. Com a contribuição de vários cientistas, a tabela periódica proposta por Mendeleev chegou à configuração atualmente apresentada. Como qualquer produto da Ciência, ela não está finalizada, é constantemente atualizada e passa por pequenas alterações. A tabela periódica é dividida em dezoito grupos e sete períodos. O quadrado isolado na representação indica as informações constantes em cada posição: número atômico, símbolo e massa atômica. Para alguns elementos químicos radioativos, utiliza-se o número de massa dos isótopos mais estáveis, apresentado na última linha, depois do símbolo, entre colchetes.

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frâncio [223]

dúbnio [270]

rutherfódio [267]

actínio [227]

tório 232,0

protactínio 231,0

urânio 238,0

neodímio 144,2

praseodímio 140,9

seabórgio [269]

106

tungstênio 183,8

molibdênio 96,0

crômio 52,0

cério 140,1

lantânio 138,9

105

104

tântalo 180,9

háfnio 178,5

nióbio 92,9

zircônio 91,2

vanádio 50,9

89-103 actinídeos

57-71 lantanídeos

ítrio 88,9

titânio 47,9

plutônio [244]

samário 150,4

hássio [278]

108

ósmio 190,2

rutênio 101,1

ferro 55,8

amerício [243]

európio 152,0

meitnério [278]

109

irídio 192,2

ródio 102,9

cobalto 58,9

cúrio [247]

gadolínio 157,3

darmstádtio [281]

110

platina 195,1

paládio 106,4

níquel 58,7

berquélio [247]

térbio 158,9

roentgênio [281]

111

ouro 197,0

prata 107,9

cobre 63,5

califórnio [251]

disprósio 162,5

copernício [285]

112

mercúrio 200,6

cádmio 112,4

zinco 65,4

einstênio [252]

hólmio 164,9

nihônio [286]

113

Tl l

tálio 204,3

índio 114,8

gálio 69,7

alumínio 27,0

Al l

boro 10,8

férmio [257]

100

érbio 167,3

Fl l

fleróvio [289]

114

chumbo 207,2

estanho 118,7

germânio 72,6

silício 28,1

carbono 12,0

mendelévio [258]

101

túlio 168,9

moscóvio [289]

115

bismuto 209,0

antimônio 121,8

arsênio 74,9

fósforo 31,0

nitrogênio 14,0

nobélio [259]

102

itérbio 173,0

livermório [293]

116

polônio [209]

telúrio 127,6

selênio 79,0

enxofre 32,1

oxigênio 16,0

laurêncio [262]

103

lutécio 175,0

tenneso [293]

117

astato [210]

iodo 126,9

bromo 79,9

oganessônio [294]

118

radônio [222]

xenônio 131,3

criptônio 83,8

argônio 39,9

cloro 35,5

neônio 20,2

hélio 4,0

flúor 19,0

Fontes: INTERNATIONAL UNION OF PURE AND APPLIED CHEMISTRY. IUPAC periodic table of the elements. [S. l.]: IUPAC, c2018. Disponível em: https://iupac.org/wp-content/uploads/2018/12/IUPAC_Periodic_Table-01Dec18.pdf. MEIJA, Juris et al. Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report). Pure and Applied Chemistry, [s. l.], v. 88, n. 3, p. 265-291, 2016. Disponível em: https://www.degruyter.com/view/journals/pac/88/3/article-p265.xml. Acessos em: 17 set. 2024.

netúnio [237]

promécio [145]

bóhrio [270]

107

rênio 186,2

tecnécio [97]

manganês 54,9

nome do elemento massa atômica

Símbolo

número atômico

Tabela periódica dos elementos. Os valores de massa atômica foram arredondados para facilitar a leitura. Os valores que aparecem entre colchetes referem-se à massa do isótopo mais estável do elemento.

rádio [226]

bário 137,3

césio 132,9

estrôncio 87,6

rubídio 85,5

escândio 45,0

cálcio 40,1

potássio 39,1

magnésio 24,3

sódio 23,0

berílio 9,0

lítio 7,0

hidrogênio 1,0

Grupo

EDITORIA DE ARTE

Tabela periódica dos elementos

MEHEDI09SHUTTERSTOCK.COM

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Não escreva no livro.

3 Com tantas infor-

A tabela periódica moderna é uma ferramenta importante porque sistematiza um conjunto de informações sobre os elementos químicos e as substâncias formadas por eles. Como já mencionado, ela é formada por sete linhas horizontais, denominadas períodos, e dezoito colunas verticais, denominadas grupos. O número do período indica o número de níveis (camadas) de elétrons em átomos neutros no estado fundamental. Ou seja, os átomos dos elementos químicos do primeiro período têm um nível (camada K), os do segundo têm dois níveis (camadas K e L), e assim sucessivamente. Os grupos reúnem átomos de elementos químicos que apresentam o mesmo número de elétrons no nível mais externo (a camada de valência), tendendo a formar ligações de mesma natureza e a participar de reações químicas do mesmo tipo. Eles são numerados de 1 a 18, mas alguns recebem nomes específicos, com base na origem e nas características físico-químicas das substâncias simples formadas por átomos desses elementos. Os elementos dos grupos 1, 2 e 13 a 18 são chamados de elementos representativos; os dos grupos 3 a 12, de elementos de transição; e os lantanídeos e os actinídeos, de elementos de transição interna. 18 14

Grupo do nitrogênio

Calcogênios

Halogênios

3 a 12

Grupo do carbono

Metais alcalinoterrosos

Grupo do boro

Metais alcalinos

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mações na tabela periódica, o que você considera necessário saber de cor?

Entendendo e utilizando a tabela periódica

Gases nobres

REfliTA

Os grupos 1, 2, 16, 17 e 18 receberam nomes específicos; os outros receberam os nomes dos primeiros elementos (na ordem de cima para baixo) das colunas. Os elementos da tabela periódica também são classificados, de maneira mais geral, em gases nobres, não metais, metais e hidrogênio. Os gases nobres são substâncias pouco reativas que tendem a formar substâncias monoatômicas. Apresentam alta estabilidade em razão da configuração eletrônica de seus átomos, que têm a camada de valência totalmente preenchida.

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UNIDADE

H Não metais

G a s e s

ALEX ARGOZINO

Os não metais correspondem a elementos químicos cujos átomos têm a tendência de receber elétrons e de formar íons negativos (ânions) ou de compartilhar elétrons em ligações covalentes (conceitos estudados em Tema posterior). Em geral, formam substâncias que apresentam baixa condutividade elétrica (exceto o carbono grafite), baixa condutividade térmica e formam substâncias que têm baixas temperaturas de fusão e de ebulição. Geralmente, são encontrados na natureza na forma de substâncias simples, de sais e de óxidos. Constituem o maior percentual em massa dos organismos vivos. Os metais correspondem a elementos químicos cujos átomos têm a tendência de transferir elétrons e de formar íons positivos (cátions; conceito estudado em Tema posterior). Em geral, apresentam brilho característico, tendem a ser maleáveis e bons condutores de calor e de eletricidade e formam substâncias que têm altas temperaturas de fusão e de ebulição. São encontrados na crosta terrestre na forma de óxidos, sulfetos ou sais. Não há consenso sobre a posição do hidrogênio na tabela periódica. Com maior frequência, ele é posicionado acima do lítio em razão da similaridade de configuração eletrônica. Quando se considera a reatividade e a capacidade de formar ligações, ele é posicionado sobre o flúor. Por ter características tão próprias, muitas vezes o hidrogênio é posicionado no centro da tabela periódica, de forma deslocada dos demais elementos químicos. É um elemento químico singular, de propriedades únicas. Por isso, deve ser classificado à parte. Os átomos desse elemento têm a tendência de receber um elétron e de formar um íon negativo (ânion hidreto – H_), como os não metais; também podem transferir um elétron e formar um íon positivo (cátion hidrogênio ou próton – H+).

n o b r e s

Metais

Lantanídeos Actinídeos

Os elementos podem ser classificados de acordo com o caráter metálico e em gases nobres e hidrogênio.

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Propriedades periódicas As propriedades características dos elementos químicos que se repetem em intervalos definidos na tabela periódica em função do número atômico são chamadas de propriedades periódicas. Entre elas serão estudados o raio atômico, a energia de ionização e a eletronegatividade. É importante frisar que a tabela periódica é uma ferramenta de consulta, por isso não é necessário decorar as setas indicativas das tendências de variação dessas propriedades.

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Raio atômico d

Fonte da figura do raio atômico: ATKINS, Peter; JONES, Loretta; LAVERMAN, Leroy. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. Tradução: Félix José Nonnenmacher. 7. ed. Porto Alegre: Bookman, 2018. p. 40.

Representação da determinação do raio atômico (r) de um átomo qualquer (imagem sem escala; cores fantasia).

Como estudado, os átomos são formados por um núcleo e pela região onde se encontram os elétrons (eletrosfera). É difícil medir o espaço que um átomo ocupa porque não se trata de uma estrutura rígida. Para fazer isso, é preciso considerá-lo como uma esfera rígida e definir o raio atômico (r) como a metade da distância (d) entre os núcleos de dois átomos adjacentes (distância internuclear) do mesmo elemento químico no estado sólido. Geralmente, a medida de raio atômico é expressa em picometro (pm), sendo 1 pm igual a 10_12 m, ou em angstrom (Å), que equivale a 100 pm. Em razão da dificuldade prática de medir raios de átomos, um modo comum de fazê-lo é considerar os átomos ligados em uma substância simples. Por métodos instrumentais, é possível determinar o raio covalente, definido como a metade da distância entre dois átomos iguais em uma estrutura cristalina de sua substância simples. O raio atômico depende, principalmente, do número atômico (carga nuclear), da quantidade de elétrons na eletrosfera e da quantidade de níveis de energia. O gráfico a seguir representa os raios atômicos de alguns dos elementos dos períodos 1 a 4 da tabela periódica. Podem-se notar duas tendências.

Raio atômico (pm) 300

250 Período 1 Período 2 Período 3 Período 4

200

SÉRGIO LIMA

Variação do raio atômico em função do número atômico

150 100 H 50 0

Número atômico Fonte: GONÇALVES, J. C. Tabela atômica interdisciplinar. 39. ed. Curitiba: Atômica, 2016. p. 238.

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UNIDADE

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Note que, em cada período, o raio atômico diminui com o aumento do número atômico. A explicação para esse padrão observado, conforme se vai da esquerda para a direita em um mesmo período da tabela periódica, é que o número atômico (Z) aumenta e, portanto, aumenta a carga nuclear, provocando uma maior força de atração eletrostática entre o núcleo (de carga positiva) e as camadas eletrônicas da eletrosfera (de carga negativa). Considere o hidrogênio (H) e o grupo dos metais alcalinos (Li, Na e K). Note que o raio atômico também aumenta. Esse padrão é verificado em todos os grupos, conforme se vai de cima para baixo em um mesmo grupo da tabela periódica. O aumento do raio atômico ocorre em razão do aumento do número de níveis de energia (ou camadas eletrônicas) nos átomos. Em resumo, os elementos químicos cujos átomos têm maior raio estão localizados na parte esquerda e inferior da tabela periódica, enquanto os de menor raio estão localizados na parte direita superior da tabela periódica. Acompanhe essa tendência no esquema a seguir.

Representação da tendência de aumento do raio atômico na tabela periódica. A direção das setas e o dégradé do mais claro para o mais escuro indicam esse aumento.

Energia de ionização Os átomos podem transferir elétrons, formando íons em um processo que envolve energia denominado ionização (assunto que será retomado e aprofundado no próximo Tema). A energia necessária para retirar um elétron da camada mais externa de um átomo neutro, no estado gasoso, transformando-o em cátion, é chamada primeira energia de ionização ou potencial de ionização. A segunda energia de ionização é a energia para retirar o segundo elétron, e assim por diante. Elas têm um papel importante para a determinação das energias dos diferentes níveis. Pode-se afirmar que, em geral, a energia de ionização aumenta à medida que elétrons são retirados de um átomo. Isso ocorre porque há uma diminuição da repulsão entre eles e/ou do número de níveis, resultando na diminuição do raio atômico. Como estudado, um raio menor significa maior força de atração entre a eletrosfera e o núcleo, portanto uma energia mais elevada é necessária para a remoção de um elétron.

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Energia de ionização (kJ/mol)

Lantanídeos 60

80 90 Número atômico

Fonte: GONÇALVES, J. C. Tabela atômica interdisciplinar. 39. ed. Curitiba: Atômica, 2016. p. 239.

A maioria dos valores de energia de ionização é teórica, pois Acompanhe um resumo dessas tendências na representação a seguir. não pode ser determinada experimentalmente, uma vez que nem todos os átomos podem ser obtidos isolados no estado gasoso.

Representação da tendência de aumento da energia de ionização na tabela periódica. A direção das setas e o dégradé do mais claro para o mais escuro indicam esse aumento.

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SÉRGIO LIMA

O gráfico a seguir representa as primeiras energias de ionização dos elementos dos períodos 1 a 6 da tabela periódica. Note que, com o aumento do número atômico, a energia de ionização aumenta no período. Isso porque quanto maior for o número atômico, maior será a força de atração entre o núcleo e os elétrons e, portanto, maior será a energia necessária para remover um elétron desse átomo. Para compreender a tendência nos grupos, como exemplo, analise os extremos das curvas, formados pelos gases nobres (picos) ou pelos metais alcalinos (vales). Ao observar os valores da energia de ionização, percebe-se que, à medida que o número atômico aumenta, a energia de ionização diminui. Dessa forma, conforme aumenta o número atômico em um grupo, aumentam também a Variação da energia de ionização em função do número atômico quantidade de camadas eletrônicas (e o raio atômico) e 1˙ período 3 000 a distância entre o elétron 2˙ 3˙ 4˙ 5˙ 6˙ da camada mais externa período período período período período período e o núcleo atômico, resulHe Ne tando em menor atração 2 000 eletrostática entre eles. Ar Assim, quanto maior for o N Elementos de Elementos de Kr Elementos de Xe número atômico em um transição transição transição O Rn H grupo, menor será a energia Be 1 000 necessária para remover um B elétron desse átomo. Li Na

Eletronegatividade Conforme o que foi estudado, os átomos têm núcleos carregados positivamente, envoltos por um conjunto de elétrons (de carga negativa), distribuídos em níveis ou camadas eletrônicas. Quando dois átomos se aproximam, o núcleo de um atrai elétrons do outro, e vice-versa. Eventualmente, esses átomos podem unir-se por meio de uma ligação química (assunto que será discutido nos próximos Temas).

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UNIDADE

Valores de eletronegatividade de alguns elementos

2.1

Be 1.5

2.0

1.0 0.9 0.8

1.2

Te 2.1

2.5

Cd 1.7

1.7

Ba La-Lu Hf

0.7

1.3

1.0-1.2

0.9

0.7

Zr 1.4

1.2

2.5

1.6 1.6

1.6

1.5

1.8 1.7

1.5 1.9 1.9

1.8 2.2 2.2

1.9 2.2

2.2

1.9 1.9 2.4

1.6

1.9

4.0

2.1

1.6

1.8

1.8 1.8 1.9

3.5

1.8

1.5

1.0

3.0

1.5

1.3

0.8

1.0

2.5

2.0 1.9 1.9

2.4

2.0

ORACICART

Em 1932, o químico estadunidense Linus Carl Pauling (1901-1994) propôs o conceito de eletronegatividade, que pode ser definida como a capacidade de um átomo de um elemento químico de atrair elétrons envolvidos em uma ligação para si. Com base nesse conceito, Pauling propôs uma escala de eletronegatividade, com valores (sem unidade de medida) que variam de 4,0 (valor mais alto, atribuído ao flúor) a 0,7 (valor mais baixo, atribuído ao césio e ao frâncio), para os átomos dos diferentes elementos químicos.

3.0 2.8

2.2

0.9

Eletronegatividade

A eletronegatividade é uma propriedade que também está relacionada com a carga do núcleo e o tamanho do átomo (raio atômico). Ela aumenta de maneira inversa ao tamanho dos átomos. Por isso, em um mesmo período, a eletronegatividade aumenta da esquerda para a direita. Já nos grupos, ela aumenta de baixo para cima. Como os gases nobres são casos diferenciados, pois apresentam estruturas eletrônicas estáveis, pode-se desconsiderá-los em relação à eletronegatividade. O gráfico a seguir representa eletronegatividade dos elementos dos períodos 1 a 5 da tabela periódica. Metais, de forma geral, têm os Variação da eletronegatividade menores valores de eletronegatividade, em função do número atômico situando-se geralmente abaixo do valor de 2,0 (uma exceção importante é o ouro, que tem eletronegatividade 1˙ 2˙ F 3˙ 4˙ 5˙ Períodos 4,0 semelhante à do carbono), o que explica Cl a tendência geral desses elementos de Br 3,0 I transferir elétrons. Os não metais têm H valor de eletronegatividade, em geral, 2,0 acima de 2,2 (uma exceção importante 1,0 é o boro) e, por esse motivo, estão mais Na Li K Rb Cs suscetíveis a receber elétrons ou a com0 02 10 18 36 54 partilhá-los em ligações covalentes. O Número atômico hidrogênio tem eletronegatividade de 2,1, um valor intermediário entre os Fonte: GONÇALVES, J. C. Tabela atômica interdisciplinar. 39. ed. Curitiba: Atômica, 2016. p. 240. elementos metálicos e não metálicos.

SERGIO LIMA

Fonte: CHANG, Raymond. Chemistry. 10th ed. New York: McGraw Hill, 2010. p. 378.

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FORMAÇÃO CiDADÃ

A tabela periódica e a literatura Primo Levi (1919-1987) foi um escritor e químico italiano, mais conhecido por suas obras que exploram a experiência humana e as tragédias do Holocausto. Nascido em 1919, Levi sobreviveu ao campo de concentração de Auschwitz e usou sua formação em química como uma lente para interpretar o mundo. Em muitos de seus escritos, ele aborda a relação entre Ciência e vida, sempre com uma sensibilidade profunda para a condição humana.

O livro é celebrado não só pela originalidade da sua estrutura, mas também pela maneira como Levi consegue fundir a exatidão científica com uma narrativa profundamente pessoal. A tabela periódica é tanto um tributo à química quanto à resistência e à sobrevivência humanas, mostrando como a Ciência pode ser uma forma de entender o caos do mundo ao nosso redor.

REPRODUÇÃO/EDITORA

3118-QUI-VU-LA-U2-T9-F007

D. QUIXOTE

Uma de suas obras mais conhecidas, A tabela periódica, publicada em 1975, é uma coleção de contos autobiográficos que misturam Ciência, memória e reflexão filosófica. Cada capítulo é nomeado com base em um elemento químico, que serve como ponto de partida para Levi explorar episódios de sua vida, desde sua juventude como estudante de Química até suas experiências durante a Segunda Guerra Mundial. Os elementos, além de desempenharem papéis científicos, se tornam metáforas poderosas para sentimentos, eventos e pessoas.

LEVI, Primo. O sistema periódico. Lisboa: Dom Quixote, 2017.

Capa de edição portuguesa do livro de Primo Levi cujo título, na edição brasileira, é A tabela periódica.

AT¡v¡DaDeS

Não escreva no livro.

1. De que forma o livro A tabela periódica mostra que a química pode ser uma maneira de entender a vida e a experiência humana?

2. Como Primo Levi consegue unir literatura e química no livro A tabela periódica? 3. Inspirado na ideia de contos autobiográficos envolvendo elementos químicos, escreva um pe-

queno conto (que não precisa ser necessariamente autobiográfico) explorando um elemento presente ou não no livro de Primo Levi. Antes de escrever, pesquise as propriedades do elemento escolhido e tente incluir as informações obtidas no conto.

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AT¡v¡DaDeS

UNIDADE

Não escreva no livro.

1. Pelo que você estudou até o momento sobre a tabela periódica, faça uma produção textual para apresentar a outras pessoas que não estudaram esse assunto a importância e a relevância desse conhecimento construído pela comunidade científica nos últimos séculos.

2. Considerando as informações da tabela periódica, localize as posições dos elementos químicos por meio dos números atômicos listados a seguir. Em seu caderno, escreva o nome e o símbolo de cada elemento e indique algumas de suas propriedades. a) 12

c) 51

e) 86

b) 33

d) 55

f) 94

3. Considerando as informações sobre a variação do raio atômico na tabela periódica, escreva os símbolos dos elementos de número atômico listados a seguir em ordem crescente de raio atômico. Números atômicos: 17, 4, 37 83, 31, 53, 54 e 55.

4. Com base no que aprendeu sobre energia de ionização, explique por que a primeira e a segunda energias de ionização do cálcio são baixas e a terceira é alta.

Li Be

Na Mg

Al Si P S Cl Ar

C N O

F Ne

EDITORIA DE ARTE

5. Analise a tabela periódica e responda às questões a seguir.

K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te

I Xe

Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og * La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu ** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr a) Identifique os elementos cujos símbolos começam com a letra B. Desenhe em seu caderno um quadro como o indicado a seguir e descreva as propriedades desses elementos, de seus átomos e das substâncias em que estão presentes. Símbolo

Propriedades do elemento

Propriedades dos átomos

Propriedades das substâncias

b) Qual é a letra do nosso alfabeto que não aparece na tabela periódica?

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TEMA

Fundamentos da ligação química

Respostas e comentários deste Tema estão disponíveis nas Orientações para o professor.

Até este momento, foi explorado o conceito de que a matéria é constituída de átomos. No entanto, esse conhecimento não é suficiente para que as propriedades das substâncias sejam compreendidas. Afinal, um mesmo tipo de átomo está presente em uma série de substâncias. A água e a água oxigenada, por exemplo, são substâncias constituídas do mesmo conjunto de átomos (oxigênio e hidrogênio). Como esses átomos estão em proporções diferentes, é possível entender, com mais facilidade, por que elas diferem entre si.

/ RAP TOG OM .C PHO AGE TOCK MIM TTERS SHU

LEV.STUDIO /SH U T TE

RS TO CK .

M CO

A água oxigenada (H2O2), substância presente em produtos descolorantes, é composta de dois átomos de oxigênio e dois átomos de hidrogênio.

A água (H2O) é uma substância formada por um átomo de oxigênio e dois átomos de hidrogênio.

No entanto, há substâncias diferentes que são formadas pelo mesmo conjunto de átomos, na mesma quantidade e na mesma proporção, como o caso do propanol e da acetona. Acompanhe algumas de suas propriedades específicas. Propriedades físico-químicas do propanol e da acetona Fonte: HAYNES, William M. (ed.). Physical constants of organic compounds. In: HAYNES, William M. (ed.). CRC Handbook of chemistry and physics. 95th ed. Boca Raton: CRC Press, 2014. p. 3-4, 3-466. E-book. Tradução nossa.

Propriedade

Propanol

Acetona

Densidade

0,799 g ? cm_3

0,785 g ? cm_3

Temperatura de fusão

_124 °C

_95 °C

Temperatura de ebulição

97 °C

56 °C

O que torna essas substâncias diferentes? Neste Tema, a resposta a essa pergunta começará a ser formulada.

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UNIDADE

As substâncias e os seus constituintes Não

NEW AFRICA/SHUTTERSTOCK.COM

escreva Para entender por que existe uma variedade de substâncias, você estuREfliTA no livro. dará como os átomos se organizam para formar diferentes espécies químicas. 1 Por que átomos O que diferencia uma substância de outra pode ser a proporção entre iguais formam subsos átomos que as compõem (H2O e H2O2, por exemplo) ou simplesmente a tâncias diferentes? forma como os átomos se organizam em unidades que se repetem. Essas unidades apresentam propriedades específicas, diferentes das propriedades dos átomos individuais, e são denominadas constituintes. Esses constituintes podem ser classificados de acordo com a forma como os átomos se organizam e o tipo de interação entre eles, conforme apresentado a seguir.

Iônicos

São aqueles formados pela combinação de partículas carregadas, como o cloreto de sódio (NaCl), o cloreto de potássio (KCl) e o bicarbonato de sódio (NaHCO3).

PEOPLEIMAGES.CO/SHUTTERSTOCK.COM

O cloreto de sódio, também conhecido como sal de cozinha, é obtido pela combinação de partículas carregadas positivamente e partículas carregadas negativamente. SOBRE

Moleculares

São aqueles formados por moléculas, como a água (H2O), o oxigênio molecular (O2) e as moléculas monoatômicas, como o hélio (He).

RHJPHTOTOS/SHUTTERSTOCK.COM

Pessoa lava as mãos em uma pia. A água é formada por moléculas em que dois átomos de hidrogênio se ligam a um átomo de oxigênio.

Amoleculares não iônicos

Moléculas monoatômicas são átomos isolados que se comportam como moléculas. Os únicos elementos da tabela periódica que se apresentam na forma de moléculas monoatômicas ou átomos isolados são os gases nobres.

São aqueles formados por átomos eletricamente neutros ligados entre si de forma contínua, sem caracterizar uma unidade básica. São exemplos o ferro (Fe), o diamante (C) e o fósforo vermelho (P). Diamante bruto e diamante lapidado, ambos formados por constituintes amoleculares não iônicos de carbono.

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Breve histórico do conceito de ligação química REfliTA

Não escreva no livro.

2 Como os átomos se unem para formar as unidades constituintes das substâncias?

Conforme estudado, existem pouco mais de 100 elementos químicos, organizados de acordo com suas propriedades atômicas na tabela periódica. No entanto, há uma quantidade muito maior de materiais e substâncias, com propriedades químicas e físicas bem diversas. Como isso é possível? Os pesquisadores também quiseram saber! Logo percebeu-se que uma nova substância não se forma pela simples mistura de outras. O passo seguinte, portanto, foi tentar entender por que algumas reações acontecem, e outras, não. O químico sueco Torbern Olof Bergman (1735-1784) apresentou, em 1775, a ideia de afinidade química, segundo a qual certas substâncias têm uma tendência natural para reagir umas com as outras. Ele criou uma tabela em que listou substâncias na ordem de suas afinidades relativas, influenciando o desenvolvimento da teoria das reações químicas. O trabalho, originalmente publicado em latim, foi reconhecido pela comunidade científica europeia da época e traduzido para outros idiomas, como o francês, o alemão e o inglês. À medida que modelos atômicos foram sendo formulados, teorias de como os átomos se ligam foram também sendo propostas, testadas e, quando necessário, revisadas. No início do século XIX, o químico sueco Jacob Berzelius apresentou uma teoria que, posteriormente, ficou conhecida como dualismo eletroquímico. Acompanhe um trecho desse trabalho, publicado em 1814. Com base na teoria eletroquímica, ensinaram-nos que devemos buscar em toda substância ingredientes com propriedades eletroquímicas opostas, e aprendemos que as combinações ocorrem com uma força que é proporcional ao grau de oposição entre as naturezas eletroquímicas dos ingredientes. Portanto, conclui-se que em toda substância há um ou mais ingredientes eletropositivos e um ou mais ingredientes eletronegativos […]. BERZELIUS, Jöns Jacob. An attempt to establish a pure scientific system of mineralogy: by the application of the electro-chemical theory and the chemical proportions. Tradução para o inglês: John Black. London: [s. n.], 1814. p. 11. Tradução nossa.

Em outras palavras, essa teoria propunha que o polo positivo predominaria em átomos de determinados elementos químicos e que o polo negativo predominaria, em outros, o que permitiria explicar a união de átomos na formação de substâncias como o óxido de magnésio (MgO). Aos poucos, essa teoria foi sendo deixada de lado, por não conseguir explicar as ligações químicas em substâncias orgânicas, pois não se baseavam apenas em forças eletrostáticas, e por causa do desenvolvimento de outras teorias que proporcionaram uma compreensão mais rica e detalhada das reações químicas.

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UNIDADE

WIKIPEDIA/WIKIMEDIA

Sem fornecer qualquer hipótese sobre a causa desse agrupamento simétrico de átomos, é suficientemente evidente […] que essa tendência ou lei prevalece e que, não importa qual seja o caráter dos átomos que se unem, o poder de combinação do elemento de atração, se me permitem usar o termo, é sempre satisfeito pelo mesmo número desses átomos.

COMMONS 2.0

Uma delas, proposta em 1852 pelo químico inglês Edward Frankland (1825-1899), apresentava uma maneira de explicar por que os átomos de determinados elementos pareciam seguir um padrão de combinação com outros átomos. Acompanhe um trecho da publicação em que o cientista introduziu sua proposta.

FRANKLAND, Edward. On a new series of organic bodies containing metals. Philosophical Transactions of the Royal Society of London, London, v. 142, n. 142, p. 417-444, 1852. p. 440. Tradução nossa.

Sir Edward Frankland fotografado em torno de 1870.

Para Frankland, átomos de elementos químicos teriam a tendência de formar substâncias com quantidades específicas de átomos de outros elementos, e, apenas nessas proporções determinadas, suas afinidades seriam satisfeitas da melhor forma. Por exemplo, o nitrogênio (N) teria a tendência de se ligar a três ou cinco outros átomos de outros elementos químicos, formando substâncias como NO3, NH3, NO5 e NH4O. Essa teoria se tornou um ponto de partida para outros pesquisadores, que deixaram de utilizar as fórmulas químicas como mera indicação da proporção de massa e passaram a retratar a estrutura e a constituição das substâncias. Desde os estudos de Frankland, foram desenvolvidos diversos conceitos de ligação química, que serviram de base para a construção de um conjunto de modelos, alguns utilizados até hoje.

O conceito de valência Baseando-se nas ideias de Frankland e de outros cientistas, o químico alemão Friedrich August Kekulé (1829-1896) introduziu, em 1857, o conceito de valência, que se refere à capacidade de um átomo de se combinar com outros átomos. Kekulé estudou especificamente o átomo de carbono. No início do século seguinte, em 1916, o físico alemão Walther Ludwig Julius Kossel (1888-1956) possibilitou avanços na compreensão do conceito ao explicar como a valência estava relacionada à configuração eletrônica dos átomos e à formação dos chamados íons. É importante lembrar que, nessa ocasião, Bohr já havia proposto seu modelo atômico, possibilitando, portanto, progressos na teoria. Segundo Kossel, elétrons de valência são aqueles que ocupam a camada mais externa do átomo de Bohr, a mais distante do núcleo, chamada de camada de valência, e os átomos são capazes de transferir elétrons da camada de valência ou para ela, produzindo íons (cátions ou ânions), que se ligam por ação de uma força de atração eletrostática. Quase simultaneamente a Kossel, o físico e químico estadunidense Gilbert Newton Lewis (1875-1946) sugeriu que a ligação entre átomos ocorre mediante compartilhamento de pares de elétrons de valência. As contribuições de ambos os cientistas foram fundamentais para a formação da teoria moderna das ligações químicas e para a compreensão da estrutura dos átomos e das moléculas.

Reforçar o fato de que, apesar de útil para prever as interações entre os átomos, o conceito de valência sozinho não determina se átomos de dois elementos químicos distintos se ligarão ou não. Essa tendência é mais bem evidenciada com o conceito de eletronegatividade, abordado anteriormente.

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AlGO A

Elétrons de valência são observados pela primeira vez A visualização dos elétrons de valência sempre representou um desafio para cientistas, mas um estudo inovador da Universidade de Nagoia, no Japão, superou essa barreira. Mais de um século depois da proposição do conceito de valência, a distribuição desses elétrons foi observada experimentalmente. A equipe do professor Dr. Hiroshi Sawa, chefe do laboratório responsável pela pesquisa, ao fazer experimentos de difração de raios X em um acelerador síncrotron, verificou que se podia extrair seletivamente a densidade dos elétrons de valência dos átomos presentes em um cristal. Leia um trecho desse estudo a seguir.

“Embora o método fosse relativamente simples de executar, o resultado foi impressionante. A nuvem de elétrons observada não exibiu a forma suave e envolvente que muitos previram, mas sim um estado fragmentado e discreto.” […] A visualização dos elétrons de valência deverá ter implicações de longo alcance. “Este estudo tornou possível visualizar […] a essência das ligações químicas, potencialmente contribuindo para o projeto de materiais funcionais e a compreensão dos mecanismos das reações químicas. Isso porque ele auxilia na discussão dos estados eletrônicos das moléculas, que são difíceis de inferir […]” disse Sawa. ELÉTRONS de valência são visualizados pela primeira vez. E surpreendem. [S. l.]: Inovação tecnológica, 23 ago. 2024. Disponível em: https://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=eletrons-valenciavisualizados-pela-primeira-vez&id=010160240823. Acesso em: 16 set. 2024.

Os aceleradores síncrotron são máquinas utilizadas para acelerar prótons, elétrons e outras partículas subatômicas a velocidades extremamente altas, próximas à da luz. Atualmente, existem três equipamentos que operam o tipo mais moderno e avançado de luz síncrotron no mundo, e um deles está localizado no Brasil.

GRANDISOLI/PULSAR IMAGENS

A técnica de difração de raios X é uma ferramenta analítica, que permite determinar a estrutura atômica e molecular de um cristal. É interessante mencionar que Kossel investigou a interação entre radiação e matéria e os espectros de raios X, que estavam começando a ser compreendidos na época.

Vista aérea do equipamento Sirius, localizado em Campinas (SP), 2020.

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Se achar conveniente, fazer visita virtual ao campus do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), para que os estudantes possam conhecer a infraestrutura de pesquisa desse local por meio de fotografias panorâmicas em 360° e pontos de interação multimídia, disponível em https://pages.cnpem.br/cnpem360/ (acesso em: 16 set. 2024).

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UNIDADE

Regra do octeto O físico e químico estadunidense Irving Langmuir (1881-1957) foi outro personagem importante no desenvolvimento da teoria moderna das ligações químicas por expandir e formalizar a regra do octeto. Inicialmente sugerida por Gilbert Lewis em 1916, a regra estabelece que os átomos, na formação de substâncias, tendem a compartilhar ou a transferir elétrons para completar oito elétrons em sua camada de valência, atingindo uma configuração eletrônica semelhante à dos gases nobres. O nome octeto foi uma proposta de Langmuir. O cientista, em 1919, também com base nas ideias de Lewis, sugeriu o termo covalência para se referir às ligações envolvendo compartilhamento de pares de elétrons entre átomos. Conforme estudado, os átomos dos elementos da coluna 18 da tabela periódica são denominados gases nobres. Esses átomos têm valência igual a zero, ou seja, têm baixa tendência de interagir com outros átomos, pois apresentam suas camadas de valência completamente preenchidas, com oito elétrons, o que os torna quimicamente estáveis e, portanto, pouco reativos. Porém, o hélio é uma exceção, dado que ele tem dois elétrons na camada mais externa. Acompanhe representações dos átomos de argônio e hélio, com oito e dois elétrons nas camadas de valência, respectivamente. ALEX SILVA

Configuração eletrônica dos átomos dos gases nobres Elétrons

Núcleo

Elementos

Núcleo Hélio

Argônio

Representações dos átomos de argônio (Ar) e hélio (He) de acordo com o modelo atômico de Bohr (imagem sem escala; cores fantasia).

Níveis K

Hélio (He)

Neônio (Ne)

Argônio (Ar)

Criptônio (Kr)

Xenônio (Xe)

Radônio (Rn)

Oganessônio (Og)

Assim, para átomos com até quatro elétrons no último nível de energia, a valência geralmente corresponde ao número de elétrons presentes nessa camada, pois, ao formar substâncias, esses átomos tendem a transferir elétrons, adquirindo configuração semelhante à dos gases nobres. No entanto, para átomos com cinco ou mais elétrons no último nível, a valência não é apenas o número de elétrons que faltam para completar oito. Esses átomos tendem, de fato, a receber elétrons até completar oito, mas a valência reflete a capacidade de formar ligações, que pode variar de acordo com o tipo de ligação (transferência ou compartilhamento de elétrons) e o contexto químico. Não se trata de uma regra geral (há uma série de exceções a ela), mas, por ser eficiente, é utilizada como base para explicar a composição e a estrutura da grande maioria das espécies químicas que formam as substâncias.

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Estruturas de Lewis Além de contribuir para o entendimento das ligações químicas, Lewis propôs um modelo para representar os elétrons em átomos, íons e moléculas conhecido como estruturas ou símbolos de Lewis. Essas representações consistem no símbolo do elemento químico com pontos posicionados aos pares (os pares de elétrons de valência) nos quatro lados equivalentes do símbolo. Acompanhe alguns exemplos a seguir. Na F Ca Cl Estruturas de Lewis para os átomos de sódio, flúor, cálcio e cloro. As estruturas de Lewis são uma ferramenta útil para compreender as interações entre os átomos nos diferentes constituintes.

Ligações químicas nos sais REfliTA

Não escreva no livro.

3 Que sais você conhece? Quais são seus usos?

Para entender objetos e fenômenos, as Ciências recorrem, com frequência, à classificação. Cientistas já classificavam as substâncias em grupos muito antes de entender a estrutura das espécies químicas que as compõem. Um desses grupos são os sais, substâncias que apresentam características bem definidas. Eles são sólidos à temperatura ambiente; formam cristais duros e quebradiços; em geral, dissolvem-se em água, alguns mais facilmente do que outros; e conduzem corrente elétrica quando dissolvidos em água ou quando estão no estado líquido. Essas substâncias são comuns no cotidiano. Na culinária, há amplo emprego de sais, como o cloreto de sódio (o sal de cozinha comum) e o sal de cura, utilizado no tratamento de alimentos embutidos. SOBRE

GERSON GERLOFF/PULSAR IMAGENS

O sal de cura é um aditivo alimentar composto de sal de cozinha, nitrito de sódio e/ou nitrato de sódio que apresenta efeitos antimicrobianos. Comumente, é utilizado no processamento de produtos cárneos.

Carne curada exposta no Mercado Público Central. Porto Alegre (RS), 2023.

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UNIDADE

Íons Os sais são formados pela combinação de átomos (ou conjunto de átomos) que apresentam certa diferença de eletronegatividade. Essa diferença faz com que haja transferência de elétrons entre esses átomos, resultando em espécies químicas carregadas eletricamente, denominadas íons. Por apresentarem características e propriedades bem diferentes dos átomos dos quais se originam, os íons têm uma representação própria. Acompanhe algumas características dessa representação. • As marcações sobrescritas indicam a carga e a quantidade de elétrons que foram transferidos de um átomo (ou conjunto de átomos) para outro.

Exemplos de íons Ânions

Cátions

• Os sinais positivos (+) indicam íons carregados positivamente, denominados cátions.

Brometo

Br_

Alumínio

Al3+

Carbonato

CO32_

Amônio

NH+4

• Os sinais negativos (_) indicam íons carregados negativamente, denominados ânions.

Cloreto

Cl_

Bário

Ba2+

Fluoreto

Cálcio

Ca2+

Hidróxido

OH_

Ferro (II) (ferroso)

Fe2+

Nitrato

NO_3

Ferro (III) (férrico)

Fe3+

Nitrito

NO_2

Magnésio

Mg2+

Permanganato

MnO_4

Potássio

K+

Sulfato

SO42_

Sódio

Na+

Sulfeto

S2_

Zinco

Zn2+

• Quando formados por um conjunto de átomos, a carga do íon se refere ao grupo inteiro, denominado íon poliatômico, e não só ao último. • Quando indicados, os números subscritos indicam a quantidade de átomos presentes no íon e só são incluídos quando há dois ou mais átomos do mesmo elemento.

Para compreender a formação de íons de carga positiva, considere o exemplo de um átomo de sódio. Os átomos desse elemento apresentam 11 elétrons distribuídos em três níveis de energia (K, L e M). Em uma reação, ao transferir o elétron Átomo de sódio (Na) Íon sódio (Na+) que ocupa a última camada para outro átomo, o átomo de sódio torna-se um Nível M Nível M íon de carga positiva, ou seja, um cátion, (1 elétron) (vazio) uma vez que passa a ter mais prótons (11) do que elétrons (10). Ele adquire então uma configuração eletrônica igual à do gás nobre mais próximo, o neônio. Ionização O processo de transferência de elétrons é chamado de ionização. A representação da formação do cátion de sódio pode ser acompanhada na ilustração. Nível K Nível K O processo pode ser representado (2 elétrons) (2 elétrons) Nível L Nível L também pela seguinte equação química. (8 elétrons) (8 elétrons) + _ Na H Na + e Ou utilizando as estruturas de Lewis. Representação da ionização de um átomo de sódio (imagem sem Na H Na+ + e_ escala; cores fantasia).

ORACICART

Formação de cátions

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Formação de ânions

Átomo de cloro (Cl)

Íon cloreto (Cl_)

Nível M (7 elétrons)

Nível M (8 elétrons)

Ionização

Representação da ionização de um átomo de cloro (imagem sem escala; cores fantasia).

Nível L (8 elétrons)

ORACICART

Para compreender a formação de íons de carga negativa, considere o exemplo de um átomo de cloro. Os átomos desse elemento têm 17 elétrons distribuídos em três níveis (K, L e M). Em uma reação, ao receber de outro átomo um elétron em sua última camada, o átomo de cloro torna-se um íon de carga negativa, ou seja, um ânion, uma vez que passa a ter menos prótons (17) do que elétrons (18). Ele adquire então uma configuração eletrônica igual à do gás nobre mais próximo, o argônio.

Nível K (2 elétrons)

Elétron transferido

Nível K (2 elétrons)

Nível L (8 elétrons)

O processo pode ser representado pela seguinte equação química. Cl + 1 e_ H Cl_ Ou utilizando as estruturas de Lewis. Cl + e_ H [ Cl ]_

CHADCHAI KRISAD/ SHUTTERSTOCK.COM

Pares iônicos Apesar de terem seus níveis de valência completos, os íons (cátions e ânions) não são estáveis quando isolados. Eles tendem, portanto, a se combinar por ação de forças eletrostáticas, formando as espécies químicas que compõem as chamadas substâncias iônicas. Essas combinações, também denominadas pares iônicos, resultam da transferência de elétrons entre os átomos, de modo que as cargas se anulem ao formarem uma ligação iônica. O processo de transferência de elétrons não é energeticamente favorável, mas é compensado pela energia liberada na união entre os íons de cargas opostas. Diversos sais podem ter cátions ou ânions em comum. Por exemplo, o sal cloreto de sódio (NaCl) é formado pelo par iônico Na+ e Cl_, e o sal sulfeto de sódio (Na2S), pelo par Na+ e S2_. Ou seja, ambos compartilham do mesmo cátion, o íon sódio, mas não dos mesmos ânions, cloreto e sulfeto.

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O sulfeto de sódio (Na2S), também denominado sulfeto dissódico, é uma substância iônica tóxica e corrosiva, de cor amarelada, comumente empregada na indústria para remoção de metais pesados.

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UNIDADE

ORACICART

Os pares iônicos não representam necessariamente partes iguais de cátions e ânions, isto é, um íon positivo para cada íon negativo. Uma vez que substâncias iônicas são formadas com base na transferência de elétrons, a proporção entre cátions e ânions está relacionada com a diferença entre as cargas do par iônico. Para entender melhor essa proporção, considere a transferência de elétrons entre os pares iônicos presentes no NaCl e no Na2S, representados a seguir. A Nível M (7 elétrons)

B Nível M (1 elétron)

Na+

Nível M (6 elétrons)

Nível M (8 elétrons)

Nível M (vazio)

Nível M (1 elétron)

Nível M (vazio)

Na+

Cl_

Nível M (8 elétrons)

ORACICART

Nível M (1 elétron)

Nível M (vazio)

S Na

S2_

Na+

Representação da transferência de elétrons nos pares iônicos sódio/cloreto (A) e sódio/sulfeto (B) modo geral, cátions diminuem de tamanho e ânions aumentam de tamanho em (imagens sem escala; cores fantasia). De relação ao átomo do qual eles se formam. No entanto, optou-se por não representar essa variação e focar apenas no processo de transferência de elétron.

Note que, para o NaCl, a proporção entre os íons é de um ânion (cloreto) para cada cátion (sódio). Já para o Na2S, a proporção é de um ânion (sulfeto) para cada dois cátions (sódio). Isso ocorre porque o átomo de enxofre, para atingir o octeto na camada de valência, precisa receber dois elétrons. Como o átomo de sódio, para atingir o octeto na camada de valência, precisa transferir um elétron apenas, são necessários dois átomos de sódio para transferir dois elétrons para o átomo de enxofre. A diferença entre as cargas dos íons sulfeto (_2) e cloreto (_1) reflete nas fórmulas mínimas de cada substância.

Fórmulas mínimas das substâncias iônicas No caso de constituintes iônicos, a fórmula mínima representa a proporção entre cátions e ânions, indicados pelos índices (números subscritos após cada elemento). Para entender como deduzir a fórmula mínima de substâncias iônicas, acompanhe um exemplo genérico, de um sal formado por um cátion C, com carga positiva inteira de valor X, e um ânion A, com carga negativa inteira de valor Y. A proporção será, portanto, de X ânions para cada Y cátions. A representação da transferência de elétrons pode ser feita com a seguinte equação química. Y CX+ + X AY_ H CYAX

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Sempre que possível, simplifique os valores de X e Y de forma a obter os menores coeficientes inteiros possíveis para compor a fórmula mínima. Acompanhe os exemplos. Na+ + Cl_ H NaCl

2 Al3+ + 3 S2_ H Al2S3

Ca2+ + S2_ H CaS

Ca2+ + 2 CN_ H Ca(CN)2

2 Na+ + CO2_ 3 H Na2(CO3)

2 Pt4+ + 4 S2_ H Pt2S4 ou 2 PtS2

A estrutura de Lewis também pode ser usada para ilustrar essa proporção. Considere a formação dos sais fluoreto de cálcio (CaF2) e óxido de cálcio (CaO), representados a seguir. F [ F ]_ 2+ Ca H Ca H CaF2 F [ F ]_ Ca O H Ca2+[ O ]2_ H CaO

FORMAÇÃO CiDADÃ

Sais de sódio na alimentação O sódio é um nutriente essencial, cuja principal fonte é o sal de cozinha (cloreto de sódio), mas outros temperos, além de conservantes e aditivos, também contêm esse nutriente. A Organização Mundial da Saúde (OMS) recomenda um consumo de menos de 5 g de sal por dia, o que equivale a 2 g de sódio. Dados recentes da mesma organização mostram que, no Brasil, o consumo diário de sal é de 9 g, quase o dobro do recomendado. O perfil de consumo de sódio pela população é um tema de saúde pública, uma vez que sua ingestão em excesso eleva o risco de doenças cardiovasculares e de morte prematura. Por causa disso, os Estados-membros da OMS se comprometeram a criar e a implementar políticas de redução de sódio, visando reduzir em até 30% o consumo diário de sal pela população mundial. Em 2020, as normas brasileiras de rotulagem nutricional foram ajustadas como parte dessas políticas. Em 2023, um relatório global sobre redução de consumo de sódio foi publicado pela OMS. Nesse documento, a organização avaliou o andamento dessas políticas e concluiu que os resultados estão abaixo do esperado. Leia um trecho dele a seguir. O relatório mostra que apenas 5% dos Estados-membros da OMS possuem políticas de redução de sódio obrigatórias e abrangentes e que 73% dos Estados-membros da OMS não implementam totalmente tais políticas. […] As políticas obrigatórias […] são mais eficazes, pois alcançam uma cobertura mais ampla e protegem contra interesses comerciais, ao mesmo tempo em que fornecem condições equitativas para os fabricantes de alimentos. ORGANIZAÇÃO PAN-AMERICANA DA SAÚDE. Grandes esforços são necessários para reduzir a ingestão de sal e proteger vidas. Genebra: Opas, 9 mar. 2023. Disponível em: https://www.paho.org/pt/noticias/9-3-2023-grandes-esforcos-sao-necessarios-parareduzir-ingestao-sal-e-proteger-vidas. Acesso em: 16 set. 2024.

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UNIDADE

Acompanhe outros dados levantados pela organização. Estimativa da ingestão média de sódio na dieta da população em 2019, com projeção da ingestão média para 2030, por regiões da OMS 2019

Região

2030

mg/dia (sódio)

g/dia (sal)

mg/dia (sódio)

g/dia (sal)

Africana

2 687

6,72

2 674

6,69

Américas

3 583

8,96

3 564

8,91

Mediterrâneo Oriental

2 792

6,98

2 798

6,99

Europeia

3 445

8,61

3 430

8,57

Sudeste asiático

3 921

9,80

3 896

9,74

Pacífico Ocidental*

6 247

15,62

6 137

15,34

Global

4 310

10,78

4 163

10,41

*A ingestão estimada para a China é de 6 954 mg/dia de sódio, o que provavelmente está influenciando a média da região do Pacífico Ocidental. Fonte: WORLD HEALTH ORGANIZATION. WHO Global report on sodium intake reduction. Geneva: WHO, 2023. p. 41. Tradução nossa. Disponível em: https://iris.who.int/bitstream/handle/10665/366393/9789240069985-eng.pdf?sequence=1. Acesso em: 16 set. 2024.

Nessa publicação, a OMS também apresenta um sistema denominado Cartão de Pontuação de Sódio, que monitora o progresso de um país em implementar políticas de redução, atribuindo pontuações de 1 a 4. Nível 1

Nível 2

Nível 3

Nível 4

Compromisso político para a redução de sódio.

Ao menos uma política voluntária implementada para reduzir o sódio nos alimentos ou incentivo a escolhas de alimentos mais saudáveis pelos consumidores.

Ao menos uma política obrigatória implementada para reduzir o sódio e uso de um modelo de perfil de nutrientes.

Ao menos duas políticas obrigatórias implementadas para reduzir o sódio.

AT¡v¡DaDe

Não escreva no livro.

• Forme um grupo com três ou quatro colegas para realizar uma pesquisa sobre os seguintes tópicos. Tópico 1: efeitos do consumo excessivo de sódio na saúde. Tópico 2: principais fontes de sódio na alimentação. Tópico 3: políticas de redução recomendadas pela OMS. Tópico 4: políticas de redução adotadas por países com pontuação 4. Com base nessa pesquisa, nos dados e nas informações apresentados, elaborem uma campanha educativa para conscientizar a comunidade escolar da importância de reduzir o consumo de sódio. As campanhas podem incluir cartazes, apresentações, vídeos curtos, peças de teatro, podcasts, painéis, intervenções artísticas, entre outras possibilidades.

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Retículos cristalinos É comum que os sais sejam encontrados na natureza como cristais, mesmo que muito pequenos. Isso ocorre porque a união entre cátions e ânions leva à formação de estruturas reticulares (em rede) estáveis e bem organizadas, constituindo os retículos cristalinos. Essas estruturas apresentam formas geométricas bem definidas, que são características das substâncias iônicas. O cloreto de sódio (NaCl), por exemplo, apresenta uma estrutura cristalina cúbica, na qual cada cátion está rodeado por seis ânions, e vice-versa. As ligações iônicas não são direcionais, portanto os íons com cargas opostas se atraem intensamente em todas as direções no retículo. A alta resistência dessas substâncias ao calor e suas elevadas temperaturas de fusão devem-se a essa atração forte entre os íons.

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PAULO CÉSAR PEREIRA

Legenda: Na+

Cl_

Representação de um fragmento do retículo cristalino iônico do cloreto de sódio (A) (imagem sem escala; cores fantasia). O mineral halita é formado por cristais cúbicos que refletem a estrutura da rede cristalina dos íons Na+ e Cl_ (B). As ligações iônicas nessas estruturas podem ser bastante estáveis. Assim, os cristais formados tendem a apresentar certa dureza. Essa característica contribuiu para que muitos deles, constituídos por sais, fossem considerados pedras preciosas. A variedade de cores e os graus de transparência com que esses materiais se apresentam, fazendo com que sejam considerados belos, mesmo antes do processo de lapidação, também contribuíram para agregar valor comercial a eles. A variedade de cores se deve a processos de degradação do retículo cristalino ou a íons incorporados nele durante sua formação. É interessante notar que esses íons são, por definição, considerados impurezas de uma rede cristalina transparente.

KRIMKATE/ SHUTTERSTOCK.COM

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Pedras preciosas de ocorrência natural. Esmeralda ou silicato de alumínio e berílio [Be3Al2Si6O18] (A); topázio ou silicato de alumínio fluorado [Al2SiO4(F,OH)2] (B); e turquesa ou fosfato hidratado de cobre e alumínio [CuAl6(PO4)4(OH)8 ? 5 H2O] (C).

Se achar conveniente, pedir aos estudantes que pesquisem na internet informações a respeito do crescimento de cristais para que possam conhecer a variedade desses minerais.

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UNIDADE

Dissociação iônica

ALEXEYSUN/SHUTTERSTOCK.COM

A dissociação iônica é o processo no qual substâncias iônicas, ao serem dissolvidas em um solvente, como a água, separam-se em seus íons constituintes, ou seja, nesse processo, as ligações iônicas são quebradas. Esse fenômeno ocorre porque as moléculas de água envolvem os íons, superando as forças que os mantêm unidos no retículo cristalino. Por exemplo, o cloreto de sódio (NaCl) se dissocia porque as forças eletrostáticas que agem entre os íons Na+ e Cl_ são superadas pela intensidade das interações entre cada um desses íons e as moléculas de água. Algumas redes cristalinas se rompem com mais facilidade do que outras, mas todos os sais podem se dissociar. É importante ressaltar que esse processo não é o mesmo que a ionização, estudada anteriormente, em que há formação de íons a partir de espécies químicas neutras. Na dissociação, cátions e ânions já existentes em um retículo cristalino se separam por ação de um solvente. As soluções formadas por um sal dissociado e água são chamadas de soluções eletrolíticas, pois, por apresentarem íons livres, são condutoras de eletricidade. Esse fato pode ser usado para identificar se um cristal é formado ou não por um sal, já que outras substâncias, como o açúcar, que não são formadas por íons, também formam cristais. Mesmo que não se conheça sua fórmula química ou sua estrutura cristalina, pode-se dissolver o cristal em água e testar a condutividade da solução. A quebra dos retículos cristalinos dos cristais de açúcar, ao se dissolverem em água, não resultará em íons livres, portanto a solução será não eletrolítica, ou seja, não condutora de eletricidade.

ESPAÇOS DE APRENDiZAGEM

• O vídeo apresenta em detalhe o retículo cristalino do cloreto de sódio, e como seu formato cúbico pode variar devido à presença de impurezas. Depois, apresenta a dissolução em tempo real de um único cristal. As bolhas que se desprendem são de gases aprisionados durante a cristalização. Table Salt (NaCl) and Its Dissolving in Water Under a Microscope (40x-1000x). [S. l.: s. n.], 2021. Publicado pelo canal Amazing microworld. Disponível em: https://www. youtube.com/watch?v=LEL873ZR9F4. Acesso em: 8 nov. 2024. • Já neste vídeo é mostrado o processo de cristalização do cloreto de sódio, acelerado em 24x.

O sal de cozinha e o açúcar formam estruturas cristalinas. Uma solução de água e sal apresenta boa condutividade elétrica por causa da presença de íons. Uma solução de água e açúcar não apresenta condutividade elétrica em razão da ausência de íons livres.

Crystallization of Salt Under a Microscope (Speed 24x). [S. l.: s. n.], 2021. Publicado pelo canal Amazing microworld. Disponível em: https://www. youtube.com/watch?v=dBS14Cihhzw. Acesso em: 30 set. 2024.

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Cristais de sal

Cavernas são bons lugares para observar cristais formados ao longo de anos, décadas ou séculos. Na natureza, esses processos ocorrem de forma muito lenta. No laboratório, isso pode ser acelerado, pois é possível ajustar as condições com esse objetivo. Isso também pode ser feito em casa utilizando o sal de cozinha.

Materiais

OLEXANDR TARANUKHIN/SHUTTERSTOCK.COM/SHUTTERSTOCK.COM

Of¡C¡na C¡enT f¡Ca

• Copo. • Colher pequena. • Prato. • Água. • Cloreto de sódio (sal de cozinha).

Procedimentos • Coloque água até a metade do copo e acrescente uma colher pequena de cloreto de sódio. • Agite até a completa dissolução do sal, isto é, até que o sólido não fique mais visível e o resultado seja um material homogêneo. • Acrescente mais uma colher de sal e agite até obter um material homogêneo novamente. • Repita o procedimento até que parte do sal não se dissolva mais. Certifique-se de que esse ponto foi alcançado, agitando a mistura por alguns minutos. • Após garantir que a mistura chegou ao limite da quantidade de sal que pode ser dissolvida, acrescente água até completar 3/4 do volume do copo. • Agite novamente para conseguir a dissolução completa do sal. • Coloque um pouco dessa mistura em um prato e reserve-o em um lugar com pouca circulação de pessoas e fora do alcance de crianças e animais de estimação. • Deixe o prato nesse lugar por alguns dias e observe diariamente o que acontece até toda a água evaporar. AT¡v¡DaDe

Não escreva no livro.

• Como você pode explicar, do ponto de vista atômico-molecular, o que foi observado?

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AT¡v¡DaDeS

Não escreva no livro.

1. Reflita sobre as substâncias presentes no cotidiano. Em seguida, faça uma lista com aquelas que você conhece, seja pela nomenclatura correta, seja por um nome comum. Depois, tente classificá-las quanto ao tipo de constituinte. Complete a atividade mesmo se tiver dificuldades, pois suas anotações poderão ser retomadas posteriormente.

2. O que é necessário ocorrer para que os elementos a seguir fiquem com a configuração eletrônica semelhante à de um gás nobre? B Ba Be Br Cl Cs I N Na O P Ra S Y Se necessário, consulte a tabela periódica e a quantidade de elétrons na camada de valência dos átomos desses elementos.

3. O processo de ionização do átomo de magnésio pode ser representado da seguinte maneira. Mg H Mg2+ + 2 e_ a) Que tipo de íon foi formado: um cátion, um ânion ou um par iônico? Forneça a nomenclatura. b) O íon Mg2+ ficou com a configuração eletrônica igual à de qual gás nobre? c) Faça uma representação dessa reação, utilizando o modelo atômico de Bohr e indicando os elétrons nos respectivos níveis de energia, antes e depois da ionização.

4. O processo de ionização do átomo de enxofre pode ser representado da seguinte maneira. S + 2 e_ H S2_ a) Que tipo de íon foi formado: um cátion, um ânion ou um par iônico? Dê a sua nomenclatura. b) O íon S2_ ficou com a configuração eletrônica igual à de qual gás nobre? c) Faça uma representação dessa reação, utilizando o modelo atômico de Bohr e indicando os elétrons nos respectivos níveis de energia, antes e depois da ionização.

5. Pesquise, para cada um dos sais citados a se-

guir, as fórmulas e as aplicações mais comuns. a) Carbonato de cálcio. b) Carbonato de sódio.

c) Fluoreto de sódio. d) Nitrato de potássio. e) Sulfito de sódio. f) Bicarbonato de sódio.

UNIDADE

6. O sulfato de bário (BaSO₄) é utilizado em exames

radiológicos como contraste devido à sua baixa solubilidade. Embora os íons de bário sejam extremamente tóxicos para o corpo humano, a ingestão dessa suspensão é inofensiva em exames médicos, devido à baixa dissociação iônica deste sal. Em 2003, um laboratório farmacêutico utilizou sulfato de bário sintetizado a partir de carbonato de bário (BaCO3) em vez do material comercial. Como resultado, mais de 20 pessoas morreram por envenenamento após ingerirem o produto, devido à liberação de íons Ba2+. A seguir, leia uma análise química sobre esse caso. [...] Fazendo-se um simples teste em tubo de ensaio, onde se goteja ácido sulfúrico concentrado sobre carbonato de bário, percebe-se que, depois de cessada a efervescência, o aspecto visual do precipitado é muito diferente do de sulfato de bário preparado a partir de uma solução contendo íons bário. [...] O “sulfato de bário” assim preparado, contendo carbonato de bário, deve ter sido lavado com água, filtrado e, então, submetido a diversos procedimentos para a preparação da emulsão a ser usada como contraste radiológico. Neste procedimento, a camada protetora de sulfato sobre o carbonato deve ter sido rompida, pelo menos em parte. Assim, [...] na presença de ácido clorídrico no estomago a 37 °C, ocorreu dissolução de carbonato de bário liberando íons bário que, logo a seguir, foram absorvidos pelo trato intestinal, levando ao envenenamento. [...]

TUBINO, Matthieu; SIMONI, José de Alencar. Refletindo sobre o caso Celobar®. Química Nova, São Paulo, v. 30, n. 2, p. 505-506, 2007. Disponível em: https://www.scielo.br/pdf/qn/v30n2/47.pdf. Acesso em: 8 nov. 2024.

Com base no texto e nos conceitos que você aprendeu, como você explicaria a diferença na toxicidade entre os sais de bário, considerando a facilidade com que o retículo cristalino se rompe em cada caso?

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TEMA

Ligações covalentes e metálicas Respostas e comentários deste Tema estão disponíveis nas Orientações para o professor.

BLOOMBERG CREATIVE/ GETTY IMAGES

Conforme estudado anteriormente, átomos, com exceção dos átomos de gases nobres, adquirem estabilidade quando se ligam, pois, com essas ligações, eles completam suas camadas de valência e/ou estabilizam suas cargas. As ligações químicas são fundamentais para entender como os átomos se conectam e formam as substâncias presentes no dia a dia das pessoas. Entre os tipos de ligação, a covalente e a metálica se destacam por suas características específicas. As ligações covalentes estão presentes na água e no gás oxigênio, por exemplo. Já as ligações metálicas, como o nome sugere, são comuns nos metais, como o ferro. Essas ligações explicam diversas propriedades observadas nas substâncias, como a maleabilidade e a condução elétrica dos metais e a rigidez de materiais como a do diamante. JL. LAGO/SH UTTE Neste Tema, serão estudadas as propriedaRST OC K.C OM des das ligações presentes nas substâncias metálicas e nas substâncias covalentes e moleculares.

Os átomos na substância ouro se ligam por meio de ligações metálicas (A). Na substância água, seus átomos se ligam por ligações covalentes (B). REfliTA

Não escreva no livro.

1 Em seu caderno,

escreva o que você entende por molécula e desenhe uma de acordo com critérios que considere adequados, apontando as características dela.

Ligações químicas nas moléculas Enquanto os sais são constituídos por retículos cristalinos, nos quais cátions são rodeados por ânions e vice-versa, formando uma rede contínua, algumas substâncias são formadas por agrupamentos de átomos neutros, dispostos em arranjos independentes, com massa definida, denominados moléculas. As substâncias formadas por moléculas, denominadas substâncias moleculares, apresentam propriedades e características variadas. À temperatura ambiente, podem se apresentar na forma de gás, líquido ou sólido. Podem formar materiais cristalinos ou amorfos (não cristalinos), duros ou macios e, ainda, maleáveis ou quebradiços. A maioria não dissolve em água e não conduz corrente elétrica.

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UNIDADE

Ligações covalentes

PAULO CÉSAR PEREIRA

As energias de ionização dos átomos de elementos não metálicos são altas, e a diferença de eletronegatividade entre eles não é grande o suficiente para ocasionar transferência de elétrons com formação de íons e substâncias iônicas. Por essa razão, a existência de substâncias formadas por átomos de elementos não metálicos despertou o interesse de cientistas e se tornou objeto de pesquisa. Para explicá-los, os químicos Gilbert Lewis e Irving Langmuir desenvolveram uma proposta de ligação química que envolve o compartilhamento de pares de elétrons. A estabilidade resultante desse compartilhamento diminui a distância entre os átomos e os mantém unidos. Conforme mencionado anteriormente, Langmuir sugeriu o termo covalência para se referir a essas ligações. Assim, ligação covalente é aquela que se estabelece, preferencialmente, entre elementos não metálicos. Quando ela ocorre entre dois ou mais átomos do mesmo elemento químico ou de elementos químicos diferentes, são formadas moléculas. Para compreendê-la, considere a formação de uma molécula de hidrogênio (H2). Os átomos de hidrogênio têm apenas um elétron e, quando dois deles se aproximam, há forças de repulsão entre os núcleos (positivos) e os elétrons (negativos). No entanto, há também forças de atração entre o núcleo de um átomo e o elétron do outro átomo. Como ambos têm o mesmo valor de eletronegatividade, não há transferência de elétrons. Assim, para alcançarem estabilidade eletrônica de acordo com a regra do octeto, ocorre o compartilhamento de elétrons, de modo que a configuração eletrônica dos átomos de hidrogênio na molécula passa a ser igual à de átomos do gás nobre He (2 elétrons no nível K). Conclui-se, portanto, que o arranjo se mantém estável por uma ligação covalente. Representação da aproximação entre átomos de hidrogênio. As setas pretas representam forças de atração; as setas alaranjadas, de repulsão (imagem sem escala; cores fantasia).

Atração

Repulsão ão uls p Atração e R

Representação de substâncias moleculares A formação das ligações covalentes pode ser representada por meio das estruturas de Lewis. Considere, para isso, uma molécula de flúor. Cada átomo de flúor possui sete elétrons na camada de valência. Dessa maneira, a representação desse átomo deve incluir três pares de elétrons e um elétron isolado ao redor do símbolo do elemento (F). Ao compartilhar um par de elétrons, esses átomos alcançam a configuração eletrônica do neônio e estabelecem uma ligação covalente estável, formando uma molécula.

EDITORIA DE ARTE

Par de elétrons compartilhado + F F H F Átomos de flúor

Molécula de flúor

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DRAGON IMAGES/ SHUTTERSTOCK.COM

Uma maneira mais simples de representar as ligações covalentes é utilizando os símbolos dos átomos dos elementos químicos separados por um traço. Nessa linguagem, denominada fórmula estrutural, cada traço simboliza o compartilhamento de um par de elétrons. F-F As moléculas podem ser representadas pelos elementos que as formam com um índice subscrito indicando a quantidade de átomos de cada elemento. São as fórmulas moleculares, e algumas dessas representações já apareceram anteriormente. Como exemplo, pode-se citar a molécula de flúor, F2, formada por dois átomos de flúor; a molécula de ozônio, O3, formada por três átomos de oxigênio; e a molécula de água, H2O, formada por dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio.

A fórmula molecular do ácido acético, É importante frisar que a fórmula molecular não evidencia a maneira que os átomos presente no vinagre, estão ligados, apenas representa o tipo e a quantidade de átomos de cada elemento em é C2H4O2. uma molécula. As fórmulas mínimas das substâncias iônicas, já apresentadas, correspondem à proporção entre cátions e ânions do par iônico. Nas substâncias moleculares, cada conjunto de átomos ligados constitui uma entidade química independente, portanto as fórmulas moleculares não podem ser simplificadas. A fórmula da água oxigenada, por exemplo, é H2O2. Os coeficientes indicam que cada molécula tem dois átomos de hidrogênio e dois átomos de oxigênio. Se essa molécula fosse representada utilizando o critério da fórmula mínima simplificada, a representação seria HO, que não constitui uma espécie química estável (não confundir com o íon hidróxido, OH_, cujas propriedades são totalmente diferentes das da água oxigenada).

Fórmula estrutural condensada

DIVIART/SHUTTERSTOCK.COM

TARUMÃ

Conforme estudado, uma maneira de representar as ligações covalentes é por meio da fórmula estrutural. Essa representação fornece, como o nome sugere, indicações sobre a estrutura da molécula, isto é, sobre como os átomos se organizam e quais são os tipos de ligação envolvidos. Acompanhe a fórmula estrutural da vitamina C. HO

HO HO

O OH

Fórmula estrutural da vitamina C (ácido ascórbico).

Para simplificar essa representação, pode-se utilizar a condensação, em que são indicados conjuntos de átomos com base na sua organização ao longo da molécula.

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UNIDADE

Acompanhe alguns exemplos. Algumas substâncias e suas fórmulas Fórmula molecular

Fórmula estrutural l

Ácido acético

HkCkC

C2H4O2

H H H

Propanol

CH3COOH

OkH

CH3CH2CH2OH

HkCkCkCkO kH

C3H6O

C3H6O H3C

ou CH3(CH2)2OH

(CH3)2CO

Acetona

Fórmula condensada ILUSTRAÇÕES: ORACICART

Substância

CH3

A fórmula condensada é um recurso bastante útil, em especial para representar substâncias orgânicas, que serão estudadas posteriormente.

Representações tridimensionais

ORACICART

LUIS MOURA

A fórmula estrutural pode representar a estrutura da molécula, mas não descreve, de maneira fiel, seu arranjo tridimensional. Para isso, existem as representações tridimensionais. Sua elaboração é normalmente feita em softwares especializados.

Butano

Propanol

Acetona

Ácido acético

Representações tridimensionais de algumas moléculas orgânicas (imagens sem escala; cores fantasia).

Tipos de ligação covalente Quando as ligações covalentes são formadas pelo compartilhamento de apenas um par de elétrons, elas são denominadas ligações simples. ORACICART

A H

C H

H C H

H C

C H

Representações de ligações simples entre átomos de carbono e hidrogênio nas moléculas de metano (CH4) (imagens sem escala; cores fantasia).

ORACICART/LUIS MOURA

Em algumas moléculas há ligações nas quais ocorre o compartilhamento de dois pares de elétrons, denominadas ligações duplas. Acompanhe a seguir como representá-las. A O

B O

C O

Representações de ligações duplas entre átomos de carbono e oxigênio nas moléculas de dióxido de carbono (CO2) (imagens sem escala; cores fantasia).

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Quando as ligações covalentes são formadas pelo compartilhamento de três pares de elétrons entre dois átomos, elas são chamadas de ligações triplas.

B N

NNN

NN N

C NN

ORACICART

Fórmula de Lewis (A), fórmula estrutural (B) e representação tridimensional (C) de ligações triplas entre átomos de nitrogênio em moléculas de nitrogênio (N2) (imagens sem escala; cores fantasia).

Explicar que o termo próton é utilizado para se referir ao íon de hidrogênio porque ele é, basicamente, um próton. O átomo de hidrogênio é formado por um próton no núcleo e um elétron na eletrosfera. Quando há transferência desse único elétron, o que resta é apenas o próton, já que o núcleo do átomo de hidrogênio não contém nêutrons.

Par de elétrons não-ligantes

H H

N H

H+

N H

ORACICART

Em alguns casos, uma ligação covalente é estabelecida quando um átomo fornece ambos os elétrons do arranjo (denominados pares de elétrons não ligantes). Esse tipo de ligação costumava ser chamado de ligação covalente coordenada ou dativa. No entanto, essa terminologia, assim como sua representação por meio de uma seta, sugerindo de forma incorreta que um átomo “doava” um par de elétrons, não é mais recomendada. Atualmente, sabe-se que essas ligações são iguais às covalentes mencionadas anteriormente e são representadas por um traço, como o das ligações simples. Para compreender como a ligação covalente ocorre, considere o exemplo do íon amônio (NH+4 ), formado por meio da reação entre a amônia (NH3) e o íon hidrogênio (H+; também denominado próton).

Representação da formação do íon amônio. Com o par de elétrons do nitrogênio compartilhado com o H+, a camada mais externa desse íon hidrogênio também é preenchida completamente com dois elétrons. O resultado é uma espécie química de carga positiva, ou seja, um cátion poliatômico.

Alotropia As substâncias não são caracterizadas apenas pelo tipo de ligação. A forma como os átomos se organizam no espaço também pode variar, atribuindo propriedades diferentes às substâncias. A capacidade que os átomos de alguns elementos químicos têm de formar diferentes tipos de substância simples é chamada de alotropia. As diferentes substâncias são chamadas de formas alotrópicas (ou alótropos), que podem diferir quanto à organização cristalina, às propriedades físicas e químicas e à quantidade de átomos (atomicidade). Um exemplo de elemento químico que forma alótropos é o carbono, que pode se apresentar na forma de grafite (macio e cinza) e diamante (duro e translúcido). Outras formas alotrópicas do carbono foram sintetizadas mais recentemente: fulerenos (1985), nanotubos de carbono (1991), grafeno (1994) e Q-carbono (2015).

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UNIDADE

TURTLE ROCK SCIENTIFIC/SCIENCE SOURCE/FOTOARENA

MARCELCLEMENS/SHUTTERSTOCK.COM

Outro exemplo é o enxofre, que tem vários alótropos, sendo os dois mais importantes o enxofre rômbico e o enxofre monoclínico, ambos constituídos de moléculas com oito átomos em forma de anel que diferem em termos de arranjo espacial.

Cristais de enxofre rômbico (A) e de enxofre monoclínico (B).

Geometria molecular As representações tridimensionais foram mencionadas como uma das maneiras de descrever arranjos tridimensionais de moléculas. E como essas representações podem ser determinadas? A forma mais adequada é por meio de estudos da disposição espacial dos átomos em uma molécula e da maneira que essa disposição afeta as propriedades físicas e químicas da substância, o que envolve dados experimentais e cálculos teóricos. O arranjo espacial de uma molécula, ou sua geometria molecular, é determinada principalmente pelos pares de elétrons ao redor do átomo central.

Prevendo a geometria molecular O físico-químico japonês Ryutaro Tsuchida (1903-1962), em 1939, e, de maneira independente, os químicos ingleses Nevil Vincent Sidgwick (1873-1952) e Herbert Marcus Powell (1906-1991), em 1940, apresentaram um modelo que relacionava os elétrons da camada de valência dos átomos com a geometria das moléculas. Posteriormente aprimorado, esse modelo ficou conhecido como modelo da repulsão dos pares de elétrons da camada de valência (RPECV). Nas universidades brasileiras, é comum o uso da sigla VSEPR, que remete ao nome do modelo em inglês, valence-shell electron-pair repulsion. Em outras palavras, de acordo com esse modelo, primeiro, é preciso identificar a disposição dos elétrons na camada de valência, ou seja, verificar se são ou não compartilhados em ligações, para determinar a geometria de uma molécula. Foi estudado que, em ligações covalentes entre átomos, ocorre o compartilhamento de pares de elétrons. Isso significa que, em uma região específica entre os átomos ligados, existe uma maior probabilidade de encontrar esses pares de elétrons, chamados de ligantes. Além disso, em algumas moléculas, certos átomos podem ter pares de elétrons que não são compartilhados, ou seja, que não participam da ligação química. Esses pares são conhecidos como não ligantes. Os dois tipos de pares são denominados domínios de elétrons.

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A previsão do arranjo espacial das moléculas considera a repulsão eletrostática entre os pares de elétrons, que tendem a se distribuírem o mais afastado possível uns dos outros para minimizar essa repulsão. É possível seguir alguns passos para determinar a geometria de uma molécula com base nesse modelo. Acompanhe. I) Identificar os átomos presentes na molécula. II) Verificar se existe um átomo central. III) Determinar quantas ligações esse átomo central faz. IV) Determinar a quantidade de pares de elétrons não ligantes ao redor do átomo central. Essa determinação pode ser feita mediante desenho da estrutura de Lewis da molécula (ou do íon poliatômico), o que ajuda a identificar os domínios de elétrons e como eles se organizam para minimizar a repulsão. Alguns exemplos dessas estruturas estão reunidos a seguir.

ILUSTRAÇÕES: PAULO CESAR PEREIRA

Exemplos de arranjo espacial de moléculas segundo o modelo RPECV Domínios de elétrons

Disposição dos domínios

Domínios ligantes

Domínios não ligantes

Geometria da molécula B

Exemplos O lC lO

Linear B

F B

Trigonal plana ou triangular

3 2

S O

Angular B

B B

H H

B B

Tetraédrica

Piramidal ou pirâmide trigonal

B B

O H

Angular

Imagens sem escala; cores fantasia.

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Note que, na coluna de exemplos, foram usadas duas representações para a ligação simples (-) ainda não apresentadas. São as notações em cunha, que servem para indicar ligações que estão fora do plano da folha de papel. As cunhas cheias ( ) significam um átomo ou grupo de átomos fora do plano da folha de papel e mais próximo do observador. As cunhas tracejadas ( ) significam um átomo ou grupo de átomos atrás do plano e mais distante do observador. A geometria molecular é essencial para entender muitas propriedades de uma molécula, como polaridade, reatividade e interações intermoleculares. Por exemplo, a geometria da molécula de água (angular) contribui para sua polaridade, que, em contrapartida, influencia sua temperatura de ebulição e sua capacidade de dissolver outras substâncias. Assim, estudar a geometria molecular é fundamental para compreender a relação entre a estrutura e o comportamento das moléculas.

Of¡C¡na C¡enT f¡Ca

UNIDADE

ESPAÇOS DE APRENDiZAGEM

• Este simulador explora a geometria das moléculas e a repulsão entre os domínios. PHYSICS EDUCATION TECHNOLOGY INTERACTIVE SIMULATIONS. Geometria molecular. Boulder: University of Colorado, c2024. Disponível em: https:// phet.colorado.edu/ pt_BR/simulations/ molecule-shapes. Acesso em: 17 set. 2024.

Geometria molecular utilizando balões

Por que a molécula de água é angular, e não linear? Para responder a essa pergunta, siga as orientações e obtenha um modelo simples capaz de ilustrar como os átomos e elétrons de valência estão organizados nas substâncias covalentes.

Materiais • 4 balões de festa de mesmo tamanho.

Procedimentos • Primeiro, encha todas as bexigas (que devem ficar do mesmo tamanho) e amarre-as, fechando a saída de ar. • Utilizando as próprias pontas das bexigas, amarre duas delas. • Agora, amarre uma terceira a essas duas. • Por último, amarre a quarta bexiga ao grupo. Pode ser mais fácil soltar a terceira e prendê-la à quarta, fazendo dois grupos com duas bexigas e, depois, unindo os pares. AT¡v¡DaDeS

Não escreva no livro.

1. Como se posicionam as duas bexigas amarradas? 2. Como se posicionam as três bexigas amarradas? 3. Que forma toma o conjunto de quatro bexigas? 4. Como você explicaria as diferentes formas observadas nos conjuntos de dois, três e quatro bexigas utilizando o modelo RPECV?

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REfliTA

Não escreva no livro.

2 Quais são as propriedades dos metais?

Ligações químicas nos metais Não se pode discutir a sociedade moderna e sua história sem destacar as estruturas que o ser humano construiu ao longo dos séculos utilizando metais e suas ligas. Desde pontes e arranha-céus até veículos e eletroeletrônicos, os metais são fundamentais para o desenvolvimento tecnológico e industrial. O que torna esses materiais tão valiosos são suas propriedades singulares, como a alta resistência mecânica, que garante durabilidade, além da boa condutividade térmica e elétrica, essenciais em diversas aplicações. O uso de metais pela humanidade remonta a milhares de anos, desde a Idade do Bronze. A partir da Revolução Industrial, a capacidade de manipular e produzir esses materiais em grande escala impulsionou o avanço das sociedades. Por mais que os metais estejam entre os materiais mais utilizados na indústria, a maioria deles não é encontrada em sua forma pura na natureza (ouro e prata são exceções). Geralmente, são extraídos de minerais, nos quais estão combinados com outros elementos químicos.

RICHARD PETERSON/ SHUTTERSTOCK.COM

B Bauxita (A), hematita (B) e galena (C), minérios dos quais são extraídos o alumínio, o ferro e o chumbo, respectivamente.

MINAKRYN RUSLAN/SHUTTERSTOCK.COM

VILE_82/SHUTTERSTOCK.COM

A mineração e o processamento desses minerais são etapas importantes para a obtenção de metais utilizáveis, como o alumínio, o ferro, o chumbo e o cobre, os quais, posteriormente, podem ser fundidos e transformados em ligas metálicas. As ligas, como o aço, são ainda mais versáteis, pois combinam características de diferentes metais.

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UNIDADE

AlGO A

Um estudo recente, feito por pesquisadores na Austrália, propõe uma nova teoria para a formação de grandes pepitas de ouro na natureza, um fenômeno geológico que, até então, não era bem explicado. […] Pela nova teoria, os terremotos geram um campo elétrico que atrai ouro dissolvido em fluidos, que são forçados a subir do subsolo. Pepita de ouro. [...] O acúmulo de ouro [...] ocorre porque o ouro é um bom condutor elétrico, enquanto o quartzo [onde são formadas as pepitas] é isolante. Uma vez que algum ouro é depositado, ele se torna um ponto focal para crescimento posterior dos cristais, efetivamente “revestindo” os grãos de ouro com mais ouro. [...] Esta nova compreensão da formação de pepitas de ouro não apenas lança luz sobre um antigo mistério geológico, como também destaca a inter-relação entre os processos químicos e físicos da Terra.

DOMNITSKY/SHUTTERSTOCK.COM

Formação de pepitas de ouro

Os minerais são materiais sólidos, geralmente inorgânicos, com uma composição química definida e uma estrutura cristalina ordenada. Eles podem ser formados por ligações iônicas, covalentes, metálicas ou uma combinação dessas. Por meio de um tratamento metalúrgico, ou seja, de um conjunto de processos industriais que envolvem transformações físicas e químicas, substâncias metálicas podem ser obtidas desses minérios. Os metais são substâncias sólidas a pressão e temperatura ambientes (com exceção do mercúrio) e apresentam alta densidade; formam materiais cristalinos, ou seja, os átomos se organizam em arranjos estruturais regulares; apresentam condutividade elétrica alta, o que possibilita sua utilização em fios e em outros componentes eletroeletrônicos; apresentam, em geral, altas temperaturas de fusão e condutividade térmica elevada, permitindo o uso em panelas e em diferentes tipos de aquecedores; têm maleabilidade e ductibilidade altas, o que possibilita sua utilização na confecção de chapas finas e de fios resistentes; e, por fim, têm resistência elevada à tração e à compressão, proporcionando aplicações em próteses médicas e vigas de construção.

BILLION PHOTOS/SHUTTERSTOCK.COM

PEPITAS de ouro podem se formar pela eletricidade gerada por terremotos. [S. l.]: Inovação Tecnológica, 3 set. 2024. Disponível em: https://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=como-pepitas-ourose-formam-pela-eletricidade-gerada-pelos-terremotos. Acesso em: 17 set. 2024.

A ductibilidade do cobre faz com que esse metal seja amplamente utilizado na rede elétrica doméstica. Para a correta instalação desses fios, um sistema de cores é utilizado nos revestimentos feitos de material isolante para evitar curtos-circuitos e incêndios.

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Ligações metálicas Em uma substância metálica, todos os átomos são iguais; logo, não há um átomo que tenda a transferir elétrons em relação a outro ou que atraia elétrons mais do que outro. Além disso, nesses átomos, costuma-se haver uma fraca interação eletrostática entre os elétrons da camada de valência e o núcleo. Como consequência, esses elétrons têm mais facilidade de se deslocar ao longo do retículo cristalino metálico, interagindo com mais de um núcleo. Os elétrons das camadas internas, ao contrário, interagem mais fortemente com seus respectivos núcleos atômicos, portanto não transitam livremente pelo retículo cristalino metálico. A movimentação de elétrons de valência, chamados deslocalizados, entre átomos de metais quando há certa proximidade entre eles constitui as ligações metálicas. Acompanhe uma representação desse tipo de ligação a seguir.

ADILSON SECCO

RETÍCULO CRISTALINO METÁLICO

+ Elétron livre

Núcleo

Representação do trânsito dos elétrons de valência deslocalizados ao longo do retículo cristalino metálico (imagens sem escala; cores fantasia). A alta mobilidade dessas partículas explica, por exemplo, a alta condutividade elétrica e térmica dos metais. Frequentemente, essa movimentação dos elétrons nas ligações metálicas é descrita como “mar de elétrons” ou “nuvem de elétrons”, mas essas são analogias imprecisas e seu uso deve ser desencorajado. É importante frisar que os elétrons, embora apresentem certo grau de liberdade por não estarem associados a nenhum átomo específico, fazem parte do material.

Representação de substâncias metálicas As substâncias metálicas são formadas por átomos do mesmo elemento químico que ocupam todo o retículo. Portanto, não há necessidade de calcular proporções entre eles. As substâncias metálicas são representadas com o símbolo do elemento e seu estado físico. Pode-se também utilizar o termo metálico para indicar que se trata de uma substância simples, e não de um elemento. Por exemplo, a substância simples formada pelo elemento químico sódio é chamada de sódio metálico e representada como Na(s).

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AT¡v¡DaDeS

UNIDADE

Uma liga metálica é um material caracterizado por uma combinação de substâncias em que o metal é o elemento predominante. As propriedades de uma liga metálica diferem das características de seus constituintes e são influenciadas por vários aspectos, como as substâncias que a compõem, as proporções em que estão presentes, o tipo de estrutura cristalina formada e o tamanho e a organização dos cristais que se desenvolvem. O objetivo principal da criação de uma liga metálica é obter propriedades distintas em comparação com os metais puros, como maior resistência mecânica, durabilidade e resistência à corrosão. As ligas metálicas podem ser classificadas de várias maneiras. A mais comum é baseada na composição do metal principal. Quando o metal predominante é ferro, como no aço e no ferro fundido, a liga é chamada de ferrosa. Se o metal principal é outro, como alumínio, cobre ou titânio, a liga é denominada não ferrosa. Outra forma de classificação é pelo comportamento mecânico, que pode variar de ligas duras e resistentes, como o aço, a ligas maleáveis e dúcteis, como as de alumínio. A obtenção das ligas metálicas geralmente envolve o derretimento do metal principal e a adição controlada de outras substâncias em fornos específicos. Após a fusão e a mistura dos componentes, o material é resfriado para formar a liga com a estrutura cristalina desejada. O controle da composição, da temperatura e da velocidade de resfriamento permite ajustar as propriedades da liga, garantindo o desempenho adequado para cada tipo de aplicação.

DAVID PARKER/SCIENCE PHOTO LIBRARY/FOTOARENA

Ligas metálicas

Ao apresentar as ligas metálicas, reforçar que não se tratam de substâncias únicas, mas sim materiais formados por duas substâncias metálicas diferentes.

[MÁSCARA trágica]. [ca. 400 a.C.-301 a.C.]. 1 máscara, bronze.

O bronze comum (há outros tipos) é uma liga de cobre e estanho. Máscaras feitas desse material costumavam ser utilizadas no teatro trágico grego.

Não escreva no livro.

1. Represente, por meio das estruturas de Lewis e da fórmula estrutural plana, as ligações que formam as moléculas a seguir. a) NH3

c) BCl3

b) H2S

d) C2H2

e) CH2F2

2. Com base na atividade anterior, identifique as geometrias moleculares para cada substância, segundo o modelo de repulsão dos pares de elétrons da camada de valência.

3. Considere a molécula de água (H2O) e a molécula de gás carbônico (CO2). Identifique as geometrias moleculares delas e indique se são iguais. Justifique a sua resposta.

4. Considere as moléculas de hidrogênio (H2), de oxigênio (O2) e de nitrogênio (N3) e represente o tipo de ligação covalente de cada uma delas.

5. Como os elétrons livres afetam as propriedades mecânicas dos metais? 145

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MALEO/SHUTTERSTOCK.COM

TEMA

Polaridade e interações Respostas e comentários deste Tema estão disponíveis nas Orientações para o professor.

A densidade é a propriedade que explica por que determinado objeto flutua em um líquido ou afunda. Por exemplo, uma esfera de plástico, que tem densidade menor do que a da água, flutua nela, enquanto uma moeda, fabricada de metal, um material mais denso do que a água, afunda completamente. No entanto, por vezes, há situações que parecem fugir a essa regra. Você já reparou como vários insetos conseguem andar sobre a água, mesmo tendo densidades maiores do que a dela? Esse fato também pode ser observado com objetos comuns do dia a dia. Se um clipe ou um grampo de metal, de densidade maior do que a da água, for posicionado cuidadosamente na superfície dela, ele não afundará. Isso ocorre por causa da tensão superficial da água, fenômeno que resulta das interações moleculares nessa substância. Alguns insetos são capazes de andar sobre a água, por causa de uma propriedade dessa substância chamada tensão superficial.

Distribuição de cargas nas moléculas REfliTA

Não escreva no livro.

1 O que é polaridade?

Em que contexto você já notou essa palavra ser utilizada?

Antes de apresentar o conceito de interações entre as moléculas, é necessário entender o fenômeno que as causa, a polaridade. Esse fenômeno está relacionado com a diferença de eletronegatividade entre os átomos que participam de uma ligação química e com a geometria molecular. Uma molécula é chamada de polar quando ela apresenta um dipolo elétrico, ou seja, uma região eletricamente negativa e outra região eletricamente positiva. Quando essas regiões não existem na molécula, ela é chamada de apolar, ou seja, sem polaridade. Note que o nome polo é dado a uma região que centraliza algo. Em Manaus, capital do estado do Amazonas, por exemplo, há um polo industrial, que é uma região onde se concentram diversas indústrias. No contexto da Química, um polo elétrico é a região de uma molécula na qual se concentram cargas elétricas, e um dipolo são duas regiões.

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O fator eletronegatividade

TARUMÃ

Como estudado, a eletronegatividade é a tendência que um átomo tem de atrair elétrons. Essa tendência pode ser avaliada por meio da escala de Pauling, apresentada nos estudos a respeito da tabela periódica. Relembre os valores de eletronegatividade de alguns elementos químicos.

UNIDADE

Eletronegatividade

H 2,1

He 4,0

Li 1,0

Be 1,5

B 2,0

C 2,5

N 3,0

O 3,5

F 4,0

Na 0,9

Mg 1,2

Al 1,5

Si 1,8

P 2,1

S 2,5

Cl 3,0

3,0-3,9 2,0-2,9 1,0-1,9

K 0,8

Ca 1,0

Ga 1,6

Ge 1,8

As 2,0

Se 2,4

Br 2,8

Kr 3,0

Rb 0,8

Sr 1,0

In 1,7

Sn 1,8

Sb 1,9

Te 2,1

I 2,5

Xe 2,6

Cs 0,7

Ba 0,9

Tl 1,8

Pb 1,9

Bi 1,9

Po 2,0

At 2,2

Fonte: CHANG, Raymond. Chemistry. 10th ed. New York: McGraw Hill, 2010. p. 378.

Valores de eletronegatividade de alguns elementos.

0,1-0,99 0

Quando dois átomos iguais se ligam para formar uma molécula diatômica, a distribuição de cargas nessa molécula é uniforme, e não há polaridade. Quando dois átomos com eletronegatividade diferente se ligam, o átomo mais eletronegativo tende a atrair com mais intensidade os elétrons da ligação, criando uma distribuição desigual de carga, ou seja, um dipolo elétrico. É importante notar que não se trata de uma carga formal, como há nos íons, mas de uma carga parcial, ou seja, uma região negativa da molécula, na qual os elétrons estão mais concentrados, representada por €_ (lê-se: delta negativo), e outra região positiva, de menor concentração eletrônica, representada por €+ (lê-se: delta positivo). A região negativa é originada da atração dos elétrons, enquanto a região positiva resulta do deslocamento deles, e não necessariamente da presença de cargas positivas. Na ligação entre dois átomos de hidrogênio, por Não há diferença de Carga parcial positiva exemplo, não há formação de dipolos. Já na ligação eletronegatividade. entre um átomo de hidrogênio, que, segundo a €+ €_ escala de Pauling, apresenta eletronegatividade H*H H *O de 2,1, e um átomo de oxigênio, que apresenta Carga parcial negativa eletronegatividade de 3,5, há formação de dipolo, conforme as representações a seguir. Neste momento dos estudos, cabe fazer uma observação importante. A distinção entre ligações iônicas e covalentes não é rígida. As ligações variam em caráter, podendo ser mais ou menos iônicas ou mais ou menos covalentes. Esse caráter pode ser estimado por meio da diferença de eletronegatividade entre os átomos que participam da ligação. Quando essa diferença é pequena, a ligação tende a ser covalente apolar. À medida que a diferença aumenta, a ligação se torna mais polar, e um aumento ainda maior resulta em um caráter mais iônico, até que a ligação seja predominantemente iônica.

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• Este simulador explora a polaridade das moléculas. PHYSICS EDUCATION TECHNOLOGY INTERACTIVE SIMULATIONS. Polaridade da molécula. Boulder: University of Colorado, c2024. Disponível em: https://phet. colorado.edu/pt_BR/ simulations/moleculepolarity. Acesso em: 18 set. 2024.

O fator geometria molecular A disposição espacial dos átomos na molécula também influencia a polaridade. Se as ligações polares de uma molécula estiverem dispostas de maneira simétrica, as cargas podem se cancelar, resultando em uma molécula apolar. Em contrapartida, se a distribuição de ligações polares for assimétrica, não haverá cancelamento total de cargas, e a molécula será polar. Isso pode ser avaliado por meio do momento dipolar, representado pela letra grega m (lê-se: mi), uma grandeza vetorial que mede a concentração de cargas elétricas em uma molécula. O gás carbônico (CO2), por exemplo, tem duas ligações polares (C = O), mas, por causa de sua geometria linear, essas polaridades se cancelam, resultando em uma molécula apolar. O gás metano (CH4) apresenta quatro ligações polares (C * H), mas, por causa de sua geometria tetraédrica, essas polaridades também se cancelam, resultando em uma molécula apolar. Já a água tem duas ligações polares (H * O) e uma geometria angular. Nesse caso, não há cancelamento dos vetores, e a molécula é polar. Note, nas representações a seguir, como o sentido de cada vetor está orientado para o átomo mais eletronegativo, indicando a atração dos elétrons. Quando o momento dipolar é igual a zero, a molécula é apolar, e, quando é diferente de zero, ela é polar. €_ €_

€+ €

€

O=C=O REfliTA

Não escreva no livro.

2 Considerando que as moléculas podem ser mais ou menos polares, como você imagina que isso influencia na solubilidade das substâncias em um solvente polar, como a água?

SOBRE

O termo intermolecular indica interação entre moléculas diferentes. Já o termo intramolecular indica interação em uma mesma molécula.

m=0

O* + € H* H

€ _

€ C* * + € H H €+ H+ m = 0

m50

€

ORACICART

ESPAÇOS DE APRENDiZAGEM

€

As interações moleculares As moléculas de uma substância não existem de forma isolada, elas interagem entre si. As interações intermoleculares são forças de atração eletrostática que se estabelecem entre moléculas eletricamente neutras. Embora sejam mais fracas que as intramoleculares (como as ligações covalentes e iônicas), as interações intermoleculares explicam muitas das propriedades físicas e químicas das substâncias, como a temperatura de ebulição, a solubilidade e o estado físico à temperatura ambiente. Em 2002, cientistas estadunidenses demonstraram que as lagartixas conseguem andar por diferentes superfícies, independentemente de sua inclinação. Esse fato ocorre por causa das interações intermoleculares que se estabelecem entre as estruturas presentes em suas patas e as moléculas que compõem a superfície, e não por causa de algum tipo de cola secretada por elas. Existem diferentes tipos de interação intermolecular, que dependem da polaridade (permanente, instantânea ou induzida) e da natureza das moléculas envolvidas. Eles serão estudados mais adiante.

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A YOOSUK/SHUTTER

STO CK .C O

JASON PATRICK ROSS/SHUTTERSTOCK.COM

UNIDADE

R CHA TPA KE

As patas das lagartixas contêm minúsculas projeções, demonstradas no detalhe, que favorecem as interações intermoleculares entre as estruturas das patas e as moléculas que compõem a superfície, possibilitando à lagartixa se movimentar com agilidade sem cair. Todas as forças atrativas e repulsivas envolvidas nas interações moleculares – que não sejam aquelas em consequência da formação de ligações ou da interação eletrostática entre íons, entre grupos iônicos ou entre grupos iônicos e moléculas neutras – são também chamadas de interações de Van der Waals. O nome é uma homenagem ao físico neerlandês Johannes Diderik van der Waals (1837-1923), primeiro cientista a tentar explicar essas forças, em 1873. Se achar conveniente, mencionar que as interações de Van der Waals podem ocorrer entre grupos de uma mesma molécula. Nesse caso, são comuns em macromoléculas.

Interações entre moléculas polares

As moléculas polares apresentam uma distribuição de carga desigual, que gera dipolos elétricos permanentes, em que uma região da molécula é permanentemente positiva e outra, permanentemente negativa. Quando ocorre interação entre moléculas polares, suas regiões positivas e negativas tendem a se aproximar em razão de forças eletrostáticas de atração. Esse tipo de interação pode ser chamado de interação dipolo-dipolo, ou, ainda, de dipolo permanente-dipolo permanente.

Ligações de hidrogênio As ligações de hidrogênio são interações mais intensas entre dipolos permanentes e ocorrem por meio da atração entre os átomos de hidrogênio ligados de forma covalente a um átomo muito eletronegativo, como o flúor, o oxigênio ou o nitrogênio, e o par de elétrons livres de outro átomo muito eletronegativo, como o flúor, o oxigênio ou o nitrogênio. Apesar de não se formarem íons nessa interação, ela é tão intensa que pode ser considerada eletrostática. Isso ocorre porque o hidrogênio é um átomo muito pequeno, que contém apenas um próton no núcleo e um elétron na eletrosfera, e pouco eletronegativo (2,1 na escala de Pauling). Uma ligação química envolvendo o hidrogênio e outro átomo muito eletronegativo faz com que seu elétron seja fortemente atraído, isolando seu próton e gerando um dipolo intenso. A ligação de hidrogênio se estabelece, então, quando esse próton isolado interage com outra região negativa de outra molécula ou até mesmo da mesma molécula, a depender de seu tamanho. Na molécula de água, por exemplo, cada átomo de hidrogênio pode interagir com um par de elétrons não compartilhados de um átomo de oxigênio de uma molécula vizinha. A

€+ PAULO CÉSAR PEREIRA

BENTINHO

€_ Concentração de elétrons

Interação dipolo-dipolo entre moléculas de ácido clorídrico (A). Ligações de hidrogênio entre moléculas de água (B). Os traços pontilhados representam as interações intermoleculares (imagem sem escala; cores fantasia).

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FORMAÇÃO CiDADÃ

A tensão superficial da água Em um corpo de água, como um rio, um lago ou mesmo um copo com água, há uma quantidade enorme de moléculas de H2O. Mesmo em movimento, elas fazem ligações de hidrogênio entre si, que podem ocorrer em todas as direções. As moléculas de água localizadas na superfície, no entanto, não estão completamente rodeadas por outras e interagem com as moléculas que estão ao lado e abaixo e com as moléculas de gases presentes no ar, como N2 e O2. Como as interações entre o líquido e os gases, nesse caso, são bastante fracas, a interação das moléculas de água da superfície com as moléculas ao seu lado e abaixo faz com que elas sejam atraídas para o centro do líquido, criando uma tensão na superfície, pois a tendência que as moléculas de superfície têm de penetrar no líquido é impedida pela resistência das que estão no interior. É por causa disso que alguns insetos conseguem pousar sobre a superfície da água sem afundar.

A tensão superficial também explica outros fenômenos, como a formação de gotas quando a água está sobre uma superfície feita de algum material com o qual as moléculas de água não interagem fortemente. Esse fenômeno não se restringe à água. O mercúrio metálico, à temperatura ambiente, é um dos líquidos conhecidos com maior tensão superficial. Por isso, normalmente, ele tende a não se espalhar nas superfícies, formando pequenas gotas. Gotas de mercúrio. AT¡v¡DaDeS

MARCELCLEMENS/ SHUTTERSTOCK.COM

HONOURR/SHUTTERSTOCK.COM

Representação da tensão superficial da água. As esferas representam moléculas de água, e as setas, ligações de hidrogênio. Todas as moléculas realizam ligações de hidrogênio, mas, para facilitar a compreensão, apenas algumas estão representadas (imagem sem escala; cores fantasia).

Não escreva no livro.

Há rios tão poluídos atualmente que se tornaram notícia em jornais do Brasil e do mundo. Pesquise reportagens publicadas em jornais locais (ou vídeos na internet) sobre rios poluídos. Caso a região onde mora tenha rios próximos, procure saber sobre a qualidade de suas águas. Em seguida, responda às questões.

1. Quais são as consequências da poluição dos rios sobre a sociedade? Caso haja um rio poluído

em sua cidade, escreva um pequeno texto relatando os possíveis problemas enfrentados pelas pessoas que moram perto desse rio.

2. O que acontece com a tensão superficial da água quando ela está poluída? 3. Quais são as consequências da alteração da tensão superficial sobre o ambiente? 4. Que ações podem ser realizadas para evitar a poluição dos rios? 150

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Interações entre moléculas apolares

ADILSON SECCO

Moléculas apolares podem apresentar dipolos elétricos instantâneos, isto é, não permanentes e de breve duração. Eles se formam porque os elétrons estão em constante movimento e podem se concentrar momentaneamente em uma parte da molécula, criando regiões temporárias de carga parcial negativa e carga parcial positiva. Esse dipolo instantâneo pode induzir um dipolo instantâneo em outra molécula próxima, e essa em outra, sucessivamente. Apesar de os dipolos instantâneos estarem constantemente se formando e se dissipando, a força resultante dessas interações é suficiente para manter moléculas ou átomos próximos uns dos outros.

UNIDADE

Moléculas apolares _

Dipolo instantâneo _

Representação do processo de formação de dipolos instantâneos (imagem sem escala; cores fantasia).

Considere a molécula diatômica de iodo (I2). Os átomos de iodo são relativamente grandes. Conforme estudado, isso significa que os elétrons do nível eletrônico mais externo são fracamente atraídos pelo núcleo e têm mais mobilidade, formando uma espécie de nuvem eletrônica. Quando uma molécula se aproxima de outra, essa nuvem pode se deslocar em razão da repulsão entre os elétrons e se aproximar mais de um dos núcleos, gerando dipolos, que também induzirão dipolos em outras moléculas próximas, e assim sucessivamente. Esse tipo de interação pode ser chamado de interação dipolo instantâneo-dipolo induzido, de forças de dispersão ou, ainda, de forças de London, em homenagem ao físico germano-estadunidense Fritz Wolfgang London (1900-1954), que as estudou. Se achar conveniente, mencionar que, normalmente, o termo nuvem eletrônica é usado para se referir às regiões em que há maior probabilidade de se encontrar elétrons.

Interações entre moléculas polares e apolares

ADILSON SECCO

As interações dipolo permanente-dipolo induzido ocorrem entre uma molécula polar, que tem um dipolo permanente, e uma molécula apolar. Quando uma molécula polar se aproxima de uma apolar, o dipolo permanente interage com os elétrons da molécula apolar, fazendo com que ela desenvolva um dipolo induzido temporário, com uma pequena separação de cargas, de forma semelhante à que ocorre quando há forças de London atuando.

Molécula polar

Molécula apolar

Dipolo permanente

Dipolo induzido

Representação da formação de um dipolo permanente-dipolo induzido (imagem sem escala; cores fantasia).

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Influência das interações nas mudanças de estado físico

EDITORIA DE ARTE

Foi estudado que as partículas dos sólidos não se movem livremente, pois apresentam energia cinética baixa; as dos líquidos se movimentam com certa liberdade, já que têm energia cinética média; e as dos gases se movimentam 3 Em qual estado físico livremente, porque apresentam energia cinética alta. Assim, o pouco movimento ocorrem interações e a proximidade entre as moléculas de uma substância no estado sólido tornam intermoleculares a interação entre elas mais intensa do que a interação entre as moléculas de com menor frequência e intensidade? uma substância no estado líquido, que, por sua vez, interagem mais intensamente entre si do que as moléculas de uma substância no estado gasoso. Vale lembrar também que mudanças de estado físico ocorrem quando há liberação ou absorção de energia. Uma substância passa do estado sólido para o líquido e deste para o gasoso quando recebe energia, geralmente na forma de calor. Nesse processo, interações intermoleculares são rompidas. Assim, para compreender como as interações influenciam as temperaturas de fusão e de ebulição, é preciso analisar a intensidade delas, que varia de substância para substância. De modo geral, quanto mais forte for a interação, maior será a energia necessária para rompê-la e, consequentemente, mais altas serão as temperaturas de mudança de estado físico. A força das interações está associada à presença de cargas elétricas opostas que se atraem, de modo que, quanto mais intensa for essa atração, maior será a força. Portanto, a interação mais forte é a íon-íon, porque há cargas negativas interagindo diretamente com cargas positivas; a interação dipolo permanente-dipolo permanente tem força intermediária, já que ocorre entre cargas parciais; e as forças de London são as mais fracas, pois se originam de dipolos instantâneos em moléculas apolares. Acompanhe uma representação da escala de força dessas interações. REfliTA

Não escreva no livro.

Dipolo

Dipolo perma-

instantâneo-

permanente-

nente-dipolo

dipolo induzido

permanente

Ligação de hidrogênio

Íon-dipolo

Íon-íon

Para exemplificar, considere duas substâncias que apresentam estrutura molecular muito parecida, o propano, de fórmula C3H8, apolar e gasoso à temperatura ambiente, e o propanal, de fórmula C3H6O, polar e líquido à temperatura ambiente. O propano tem temperatura de fusão de _187,8 °C e temperatura de ebulição de _42,1 °C, enquanto o propanal apresenta temperaturas mais altas, sendo a de fusão _80 °C e a de ebulição 48 °C. Essa diferença pode ser explicada, em parte, pelo fato de a molécula de propanal apresentar um átomo de oxigênio que, em razão de sua eletronegatividade elevada, provoca uma distribuição de carga desigual na molécula e cria um dipolo elétrico permanente. Enquanto as moléculas de propano interagem umas com as outras por meio de forças de London, por serem apolares, as moléculas de propanal interagem umas com as outras por meio de interações dipolo permanente-dipolo permanente.

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Para efeito de comparação, o combustível etanol (C2H6O), que apresenta massa molar similar à do propano, apresenta moléculas que interagem umas com as outras por ligações de hidrogênio e tem temperatura de fusão de _114,1 °C e de ebulição de 78,2 °C, enquanto o cloreto de sódio (NaCl), que apresenta massa molar similar à do propanal e é formado por um retículo cristalino iônico (interações íon-íon), tem temperatura de fusão de 800,7 °C e temperatura de ebulição de 1 465 °C. Assim, ao fazer comparações para explicar diferenças entre temperaturas de fusão e de ebulição de substâncias, é importante levar em consideração outros fatores que também influenciam a maneira pela qual as entidades químicas interagem entre si, como os valores de massa molar. Geralmente, nuvens eletrônicas de moléculas com massas maiores se deformam mais facilmente, possibilitando interações do tipo forças de London mais intensas. As geometrias moleculares também devem ser analisadas, pois algumas delas podem desfavorecer a ocorrência de interações, contribuindo para a redução das temperaturas de mudança de estado físico. Existem moléculas capazes de interagir umas com as outras por mais de um tipo de interação. Por exemplo, aquelas que têm regiões polares e apolares podem interagir umas com as outras por ligações de hidrogênio e por forças de London.

UNIDADE

SOBRE

O conceito de massa molar será aprofundado na próxima Unidade. Por enquanto, é suficiente saber que ele significa que uma substância tem certa massa para uma quantidade específica de matéria. Ele é útil quando se quer comparar propriedades de diferentes entidades químicas, pois garante que a comparação seja feita com base em uma mesma quantidade de matéria.

Comparação entre as propriedades de quatro substâncias Substância

Tipo de interação (ordem crescente de força)

Massa molar

Temperatura de fusão

Temperatura de ebulição

Propano

Dipolo instantâneo-dipolo induzido

44,1 g/mol

_187,8 °C

_42,1 °C

Propanal

Dipolo permanente-dipolo permanente

58,1 g/mol

_80 °C

48 °C

Etanol

Ligação de hidrogênio

46,1 g/mol

_114,1 °C

78,2 °C

Cloreto de sódio

Íon-íon

58, 4 g/mol

800,7 °C

1 465 °C

Fonte: HAYNES, William M. (ed.). CRC Handbook of chemistry and physics. 95th ed. Boca Raton: CRC Press, 2014. p. 3-246, 3-464, 4-89. E-book. Tradução nossa.

AT¡v¡DaDeS

Não escreva no livro.

1. Represente, em seu caderno, a fórmula estrutural plana das substâncias listadas a seguir e indique os vetores das ligações químicas e o vetor resultante da molécula. Com base nessas representações, especifique quais delas são polares e quais são apolares. a) CCl4

c) BCl3

e) CH4

b) H2S

d) NH3

f) HCl

2. Descreva como as interações entre as moléculas influenciam nos estados físicos da matéria.

3. O que determina se uma molécula é polar ou apolar?

4. Analise a polaridade do tetracloreto de carbono (CCl4) no item 1 e descreva se essa substância se dissolve em água, justificando sua resposta com base na polaridade das moléculas.

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ORGAN¡ZANDO AS ¡De¡AS Analise o esquema a seguir, que apresenta e relaciona os principais conceitos estudados nesta Unidade. Indivisível

Elétron

Núcleo

Quântico

Dalton

Thomson

Rutherford

Bohr

ÁTOMOS Tabela periódica

Ligações Valência Geometria molecular

Iônica

Polaridade

Covalente

Dipolo elétrico

Metálica

Energia de ionização Eletronegatividade

Raio atômico

Permanente

ALEX ARGOZINO

Ligações de hidrogênio

Imagens ilustrativas sem escala e em cores-fantasia.

Instantâneo

Induzido

Interações

Temperaturas de fusão e de ebulição Não escreva no livro.

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UNIDADE

AT¡v¡DADeS COMPleMeNTAReS Respostas e comentários estão disponíveis nas Orientações para o professor.

Tema 7 – Modelando os átomos

1. (ITA-SP) Em 1803, John Dalton propôs um mo-

delo de teoria atômica. Considere que sobre a base conceitual desse modelo sejam feitas as seguintes afirmações: I – O átomo apresenta a configuração de uma esfera rígida. II – Os átomos caracterizam os elementos químicos e somente os átomos de um mesmo elemento são idênticos em todos os aspectos. III – As transformações químicas consistem de combinação, separação e/ou rearranjo de átomos. IV – Compostos químicos são formados de átomos de dois ou mais elementos unidos em uma razão fixa. Qual das opções a seguir se refere a todas as afirmações corretas? a) I e IV. d) II, III e IV. b) II e III.

c) II e IV.

e) I, II, III e IV.

2. (UFPA) A realização de experimentos com descargas elétricas em tubo de vidro fechado contendo gás a baixa pressão produz os raios catódicos. Esses raios são constituídos por um feixe de: a) nêutrons.

d) prótons.

b) partículas.

e) elétrons.

c) raios X.

3. (UEA-AM) O modelo atômico de Thomson resultou da interpretação de experimentos realizados por esse cientista que envolveram a) ampolas contendo gases rarefeitos submetidos a altas tensões elétricas. b) a incidência de partículas alfa em lâminas metálicas delgadas. c) proporções entre as massas de reagentes e produtos de reações químicas. d) os efeitos magnéticos provocados pela corrente elétrica. e) emissão de espectros luminosos por elementos químicos submetidos a aquecimento.

Não escreva no livro.

Tema 8 – Do modelo de Rutherford ao modelo quântico

4. (UFMG) Dalton, Rutherford e Bohr propuse-

ram, em diferentes épocas, modelos atômicos. Algumas características desses modelos são apresentadas no quadro que segue: Modelo

Característica

Núcleo atômico denso, com carga positiva. Elétrons em movimento.

Átomos maciços e indivisíveis.

III

Núcleo atômico denso, com carga positiva. Elétrons em órbitas circulares de energia quantizada.

A associação modelo/cientista correta é: a) I/Bohr; II/Dalton; III/Rutherford. b) I/Dalton; II/Bohr; III/Rutherford. c) I/Dalton; II/Rutherford; III/Bohr. d) I/Rutherford; II/Bohr; III/Dalton. e) I/Rutherford; II/Dalton; III/Bohr.

5. (UEG-GO) Em 1913, o cientista Niels Bohr pro-

pôs um modelo atômico que conseguiu explicar o espectro atômico do elemento químico hidrogênio. De acordo com esse modelo atômico, se o átomo de hidrogênio absorver energia de uma fonte externa, a) o elétron passará de um nível de energia E2 para um nível de menor energia E1, emitindo um fóton de energia igual a E2 _ E1. b) o elétron passará de um estado de maior energia para outro de menor energia, originando uma transição eletrônica do tipo emissão. c) o elétron passará de um nível de energia E1 para um nível de maior energia E2, e ao retornar para o nível de energia E1 emitirá um fóton de energia igual a E2 _ E1. d) o elétron permanecerá no nível fundamental de energia porque é mais estável. e) o elétron permanecerá em níveis energéticos mais próximos do núcleo para aumentar a estabilidade do átomo.

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Tema 9 – Tabela periódica

6. (FGV-SP) Um professor propôs um trabalho a

um grupo de alunos empregando um conjunto de 14 bolas de diferentes tipos de plásticos, para montar um modelo, com bolas e varetas, da estrutura molecular do acetato de etila, fórmula molecular C4H8O2. Para o experimento, os alunos dispuseram de balança e régua. Para representarem corretamente o modelo da molécula do C4H8O2, as bolas de plástico tinham tamanhos diferentes (pequenas, médias e grandes). Suas massas, em gramas, eram iguais aos valores das massas molares dos elementos C, H e O. Em escala ampliada para centimetros, seus raios tinham a mesma ordem de tamanho dos raios atômicos dos átomos que representavam. Sobre essas bolas de plástico que representam as características de tamanho e massa dos átomos de C, H e O, os alunos concluíram: I. as bolas que representam os átomos de H eram as pequenas, e as que representam os átomos de O eram as grandes; II. a massa total das bolas grandes correspondia a seis vezes a massa total das bolas de tamanho pequeno; III. a massa total das bolas pequenas corres1 pondia a da massa total das bolas de ta4 manho médio. Classificando cada uma das conclusões como verdadeira (V) ou falsa (F), tem-se, correta e respectivamente: a) F, V, V. c) V, V, F. e) V, F, V. b) F, F, V.

d) V, F, F.

7. (Acafe-SC) Em relação à eletronegatividade, a

alternativa verdadeira é: a) Os metais, em geral, são os elementos mais eletronegativos. b) Os elementos que apresentam os maiores valores de eletronegatividade são os metais alcalinos. c) Os elementos mais eletronegativos estão na parte superior direita da tabela periódica. d) Os gases nobres são estáveis devido à sua alta eletronegatividade. e) Os elementos de transição são os elementos com os mais altos valores de eletronegatividade.

8. (Unesp) Mineração oceânica

A abundância de lítio na forma de íons nas águas dos oceanos é cerca de 5 000 vezes maior do que na crosta terrestre, o que tem estimulado a mineração oceânica. No entanto, apesar de mais abundante nas águas dos mares do que na crosta terrestre, o lítio nos oceanos está presente em concentrações extremamente baixas, cerca de 0,2 parte por milhão (ppm). Íons maiores, como sódio, magnésio e potássio, estão presentes na água do mar em concentrações muito mais altas que a do íon Li+. Isso tem inviabilizado a extração de lítio dessa mistura, de forma técnica ou economicamente viável. Esse desafio acaba de ser vencido por uma equipe de pesquisadores da Arábia Saudita, que utilizam uma célula eletroquímica contendo uma membrana cerâmica porosa, que permite a passagem dos íons de lítio, mas bloqueia eficientemente os íons dos outros elementos citados. (www.inovacaotecnologica.com.br. Adaptado.)

Organizando em ordem crescente de tamanho os íons maiores do que o lítio, citados no texto, tem-se: Dados: Li (Z = 3); Na (Z = 11); Mg (Z = 12); K (Z = 19). a) sódio – magnésio – potássio. b) potássio – sódio – magnésio. c) magnésio – sódio – potássio. d) sódio – potássio – magnésio. e) magnésio – potássio – sódio.

Tema 10 – Fundamentos da ligação química

9. (UEA-AM) A formulação de pós faciais usados

em maquiagens contém dois compostos inorgânicos sólidos, um deles constituído pelo cátion Ca2+ e o ânion SO42_ e o outro pelo cátion Zn2+ e o ânion O2_. As fórmulas químicas dos compostos inorgânicos contidos em pós faciais são a) CaSO3 e Zn2O

d) CaSO2 e ZnO

b) CaSO4 e ZnO

e) CaSO4 e Zn2O

c) CaSO3 e ZnO2

Tema 11 – Ligações covalentes e metálicas

10. (EsPCEx-SP) As substâncias ozônio (O3); dióxi-

do de carbono (CO2); dióxido de enxofre (SO2); água (H2O); e cianeto de hidrogênio (HCN) são

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exemplos que representam moléculas triatômicas. Entre elas, as que apresentam geometria molecular linear são, apenas: Dados: 1H1; 6C12; 8O16; 16S32; 7N14

Tema 12 – Polaridade e interações

13. (PUC-MG) As ligações covalentes podem ser

d) dióxido de enxofre e dióxido de carbono.

classificadas em dois tipos: ligações covalentes polares e ligações covalentes apolares. Observando a polaridade das ligações e a geometria da molécula, somos capazes de verificar se uma molécula será polar ou apolar. Com base nisso, indique a opção que apresenta moléculas exclusivamente apolares.

e) ozônio e dióxido de enxofre.

a) HCl, NO2 e O2.

c) Cl2, CCl4 e CO2.

b) Cl2, NH3 e CO2.

d) CCl4, BF3 e H2SO4.

a) cianeto de hidrogênio e dióxido de carbono. b) água e cianeto de hidrogênio. c) ozônio e água.

11. (Cefet-MG) Para a realização de uma determi-

nada atividade experimental, um estudante necessitou de um material que possuísse propriedades típicas de substâncias dúcteis, maleáveis, insolúveis em água e boas condutoras térmicas. Um material com essas propriedades resulta da ligação entre átomos de: a) Cu e Zn.

c) Fe e O.

b) Na e Cl.

d) F e Xe.

e) C e Si.

12. (Integrado-PR) “Ligação química” foi um termo usado pela primeira vez por Gilbert Newton Lewis no ano de 1920 em um artigo para explicar por que os átomos se mantêm unidos para formar as substâncias e também por que eles permanecem unidos ao longo de milhares de anos. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/quimica/ o-que-e-uma-ligacao-quimica.htm. Acesso em 06 de out. 2022.

Atualmente sabe-se que a natureza de uma ligação química é determinada pelos átomos participantes e cada tipo de ligação química acarreta propriedades diferentes para as substâncias. Com relação ao tema, assinale a alternativa correta. a) Em uma ligação iônica dois átomos compartilham os elétrons da camada de valência. b) Ligação metálica é a ligação entre ametais formando as chamadas ligas metálicas, que são cada vez mais importantes para o nosso dia a dia. c) Ligação covalente é definida pela transferência de prótons entre os átomos. d) Na ligação metálica se combinam elementos não metálicos entre si. e) Em uma ligação iônica há transferência de elétrons entre os elementos.

UNIDADE

14. (Acafe-SC) Indique a alternativa que contém

as respectivas geometrias e polaridades das espécies químicas a seguir. SO2; SO3; H2O e H2Be

a) SO2: angular e polar; SO3: piramidal e polar; H2O: angular e polar e H2Be: linear e apolar. b) SO2: angular e polar; SO3: trigonal plana e apolar; H2O: angular e polar e H2Be: angular e polar. c) SO2: angular e polar; SO3: trigonal plana e apolar; H2O: angular e polar e H2Be: linear e apolar. d) SO2: linear e apolar; SO3: piramidal e polar; H2O: linear e apolar e H2Be: angular e polar.

15. (Unioeste) As propriedades periódicas são

responsáveis não apenas pelo tipo de ligação formada entre os átomos, mas também pelo caráter e propriedades das substâncias formadas. Assim, H2S e H2O são substâncias cujas propriedades químicas e físicas são totalmente diferentes. Ao nível do mar, o primeiro é um gás tóxico e o segundo é um líquido não tóxico. No que se refere às diferentes propriedades químicas e físicas das substâncias mencionadas anteriormente, assinale a alternativa CORRETA. a) H2S é um gás porque o enxofre possui um volume atômico maior que o volume atômico do oxigênio.

b) H2S é um gás porque suas moléculas formam ligações de hidrogênio fracas entre si. c) H2O é um gás somente a 1 atm de pressão e a temperaturas abaixo de 100 °C. d) Tanto H2S como H2O são moléculas apolares. e) A diferença dos estados físicos líquido e gasoso destas substâncias se deve, principalmente, ao fato de as moléculas de H2O formarem ligações de hidrogênio entre si enquanto H2S não as formam.

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InTEGranDO COm... ARTE

A Química na impressão 3D

SELMA CAPARROZ

Você já se perguntou se seria possível imprimir uma imagem que “sai do papel”, ou seja, um objeto em três dimensões? Quando se busca uma resposta para essa pergunta, pensa-se imediatamente em equipamentos modernos e futurísticos inventados recentemente, mas essa tecnologia já existe desde 1984 e vem se popularizando em razão da diminuição do custo para a sua aquisição. As impressoras 3D domésticas funcionam por meio de duas técnicas: a de modelagem por fusão e deposição, a que mais se popularizou; e a de estereolitografia, que utiliza uma substância líquida que se solidifica sob ação de um laser. A técnica de modelagem por fusão e deposição utiliza um fio de um material que pode ser derretido a uma temperatura controlada, por volta de 210 °C, depois resfriado, tomando a forma desejada. Esse tipo de fio recebe o nome de filamento. Nesse contexto, a Química está presente no estudo dos materiais mais adequados para os filamentos, como o acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS), e nos próprios objetos impressos, que podem ser úteis para o ensino de Química. CH2

CH C

CH2

A SH

HUTTERSTOCK.COM YU/S ARK

ARTSHAKE MEDIA/ SHUTTERSTOCK.COM

Fórmula do plástico ABS. Esse material é a base de muitos produtos plásticos utilizados diariamente.

As impressoras 3D têm a capacidade de imprimir objetos, como modelos de uma casa ou de um coração.

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NTS SMART SCHOOL PRI REPRODUÇÃO/ACERVO PESSOAL

A análise de propriedades periódicas, como o raio atômico e a eletronegatividade, segue um padrão em duas dimensões: esquerda-direita e cima-baixo, correspondendo aos eixos x e y do plano cartesiano. A impressão 3D é capaz de adicionar o eixo z, a terceira dimensão, um eixo “saindo do papel”, enriquecendo a percepção. A inserção da terceira dimensão auxilia na compreensão e na percepção de outros conceitos químicos, como a estrutura e a geometria de moléculas. Esse equipamento é muito versátil e pode também ser utilizado para o desenvolvimento da criatividade e de habilidades artísticas. Projeto de tabela periódica produzida em impressora 3D.

UNIDADE

Objeto produzido em impressora 3D e colorido com tinta guache por uma estudante da rede pública de ensino brasileira. Agora, faça o que se pede em cada item.

Respostas e comentários estão disponíveis nas Orientações para o professor.

Não escreva no livro.

1. Se você fosse usar a impressão 3D para explicar a um colega algum conceito de Química, qual seria ele? E, nas outras áreas de conhecimento, como a impressão 3D seria útil?

2. Imagine que você e seus colegas fizeram alguma atividade para se divertirem, como jogar futebol, jogar xadrez, assistir a um desenho ou anime, ler um livro ou mangá e tomar banho de rio. Escreva o que você gostaria de imprimir na impressora 3D que representasse a atividade imaginada e como você personalizaria esse objeto.

3. Pensando na preservação de obras de arte, em quase todos os museus, é proibido tocar nas esculturas, nos quadros e nas outras obras. Apresente como a impressão 3D poderia auxiliar nesse processo de preservação e, ao mesmo tempo, garantir que pessoas com deficiência visual ou outra deficiência possam usufruir as exposições nos museus.

4. Como você acha que é possível criar uma identidade artística única em um objeto impresso em uma impressora 3D?

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UNIDADE

QUANTIFICANDO A MATÉRIA O ser humano sempre buscou ferramentas e padrões para realizar medições com os mais variados propósitos. Desde a Antiguidade, partes do corpo e alguns objetos são usados como referência, como no caso da unidade pé, ainda usada para medir a altitude de aviões. A medição está presente em diversas áreas do conhecimento. Na Química, ela é fundamental para o estudo da composição, da estrutura e da transformação de substâncias, pois exige métodos específicos para estabelecer relação entre grandezas, como massa e volume, e entre essas grandezas e a quantidade aproximada de partículas. Na imagem, registro de um vírus Epstein-Barr, causador de um dos tipos de herpes, cujo diâmetro está na escala nanométrica, sendo de aproximadamente 200 nm (imagem de microscopia eletrônica, aumento aproximado de 860 mil vezes; colorida artificialmente).

Não escreva no livro.

Respostas e comentários estão disponíveis nas Orientações para o professor.

1. Pesquise outros exemplos de medições feitas com partes do corpo

ou com objetos usados na Antiguidade que ainda são utilizadas atualmente.

2. Que instrumentos de medida você usa no dia a dia? O que você mede? 3. Em seu entendimento, por que realizar medições é importante para os químicos?

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JAMES CAVALLINI/SCIENCE SOURCE/FOTOARENA

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TEMA

Medindo a matéria Respostas e comentários deste Tema estão disponíveis nas Orientações para o professor.

REPRODUÇÃO/MUSEU BRITÂNICO, LONDRES, REINO UNIDO

Diversos instrumentos foram desenvolvidos com o objetivo de medir precisamente a matéria. Um exemplo é a balança analítica, capaz de medir massas com bastante exatidão, chegando a determinar o peso da milionésima parte de um grama, o micrograma, que corresponde a 1 ? 10_6 g. Um átomo tem uma massa que é da ordem de um trilionésimo do trilionésimo do grama, o yoctograma, que corresponde a 1 ? 10_24 g. Nesse contexto, o estudo do mundo submicroscópico exige mais do que apenas instrumentos: é necessário estabelecer conceitos que permitam expressar essas pequenas quantidades em medidas compreensíveis e utilizáveis.

PAPIRO de Hunefer. [ca. 1275 a.C.]. 39,8 cm x 550 cm. 1 papiro.

Os primeiros instrumentos usados como balança eram feitos de um travessão com um eixo no centro e dois pratos, em que os objetos eram colocados. A medição então era feita por meio da comparação entre os pesos dos objetos.

Medindo quantidades de substâncias REfliTA

Não escreva no livro.

1 No cotidiano, qual é a importância da utilização de medidas?

O químico francês Lavoisier é comumente lembrado como um dos primeiros cientistas a se preocupar com medições precisas e a usar balanças no laboratório com essa finalidade. No entanto, ele não foi o primeiro a utilizar esses instrumentos. Alquimistas, metalúrgicos, tintureiros, vidreiros e outros profissionais que manipulavam substâncias e materiais já se referiam a medidas de quantidade em seus procedimentos. Sendo assim, o uso da balança aconteceu antes de a Química se estabelecer como Ciência. E com o trabalho de Lavoisier, foi possível o desenvolvimento de métodos para determinar as massas dos constituintes das substâncias.

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UNIDADE

Os estudos até aqui já mostraram que a Ciência Moderna recorre a experimentos sistemáticos, os quais fornecem dados confiáveis em razão desse desenvolvimento de métodos de medição iniciado por Lavoisier e outros cientistas; a teorias consistentes e abrangentes, que expliquem os fenômenos observados; e à análise quantitativa para a realização de previsões. As leis ponderais, que nascem de um cuidado e um rigor com relação às medidas de quantidades de substâncias, e o modelo atômico de Dalton, nos séculos XVIII e XIX, são causa e consequência da evolução da Química e de sua configuração moderna. O químico brasileiro Vicente Coelho de Seabra Silva Telles (1764-1804), de Congonhas do Campo (MG), foi autor do primeiro livro de Química em língua portuguesa e deu contribuições relevantes para o desenvolvimento dessa área. Em sua obra, Telles apresentou uma tabela sobre a combinação de metais com ácidos, formando precipitados, que fortaleceu a ideia de proporcionalidade entre as massas das substâncias que participam de reações químicas. Para saber mais sobre o cientista Vicente Coelho de Seabra Silva Telles, sugere-se o artigo “Vicente Seabra Telles e a criação da nomenclatura em português para a química ‘nova’ de Lavoisier”, de Fernando J. Luna, disponível em: https://www.scielo.br/j/qn/a/ rFTXzBB5tx85GynTqpJSChK/?format=pdf&lang=pt (acesso em: 24 set. 2024).

Pesos relativos e equivalentes eletroquímicos

BIBLIOTECA BRASILIANA GUITA E JOSÉ MINDLIN – PRCEU/USP

O modelo atômico de Dalton ganhou mais destaque quando ele atribuiu valores diferenciados de peso a átomos de diferentes elementos químicos. Ao estudar a composição e a densidade dos gases, Dalton considerou a hipótese de que os átomos se combinam em proporções numéricas simples. Utilizando dados obtidos por outros cientistas, apresentou a primeira tabela de pesos atômicos (pesos relativos) em uma palestra em outubro de 1803. Depois, o cientista a publicou na 4a edição do livro A new system of chemical philosophy (“Um novo sistema de filosofia química”, em tradução livre), em que definiu o peso do hidrogênio como igual a 1 e, com base nele, calculou os pesos dos demais elementos químicos. Pesos relativos* dos elementos Hidrogênio

Fósforo

Ferro

Azoto (nitrogênio)

Enxofre

Zinco

Carbono

Magnésio

Prata

100

Oxigênio

Estrôncio

Ouro

140

*Termo utilizado por Dalton. Fonte: MAAR, Juergen Heinrich. História da química: segunda parte: de Lavoisier ao sistema periódico. Florianópolis: Papa-Livro, 2011. p. 203.

Dalton considerava que as substâncias seriam formadas, preferencialmente, pela combinação de um átomo de cada elemento químico. Como estudado em Tema anterior, para representar essas combinações, Dalton propunha a união de símbolos (criados por ele) dos átomos que constituíam as substâncias.

TELLES, Vicente Coelho de Seabra Silva. Elementos de chimica offerecidos a Sociedade Litteraria do Rio de Janeiro para o uso do seu curso de chimica. Coimbra: Real Officina da Universidade, 1788. Folha de rosto.

Frontispício do livro Elementos de chimica publicado por Vicente Coelho de Seabra Silva Telles.

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SHEILA TERRY/SCIENCE PHOTO LIBRARY/FOTOARENA

Na primeira metade do século XIX, a simbologia proposta por Dalton e a concepção de que a matéria seria constituída por átomos ainda se apresentavam sob intenso debate, um dos motivos pelos quais foi realizado o Congresso de Karlsruhe, em 1860. Nesse evento, o químico italiano Stanislao Cannizzaro apresentou um trabalho que procurava esclarecer conceitos ainda imprecisos, como os de átomo, molécula, peso relativo e peso molecular, utilizando o trabalho de seu compatriota Lorenzo Romano Amedeo Carlo Avogadro (1776-1856). Avogadro partiu da hipótese de Gay-Lussac de que os gases sempre se combinam em proporções volumétricas simples e propôs que essas proporções, estabelecidas entre substâncias gasosas reagentes e produtos, dependem do número total de moléculas envolvidas. Com base nos próprios estudos, mais teóricos que práticos, Avogadro sugeriu que volumes iguais de substâncias gasosas diferentes, medidos à mesma temperatura e à mesma pressão, contêm números iguais de moléculas. Dalton e Gay-Lussac rejeitaram a hipótese de Avogadro. No entanto, com o passar dos anos, ela se mostrou mais consistente e se tornou a base para as determinações atuais de quantidade de massa. No contexto dessas discussões, estabeleceu-se um novo dilema para a Química: para determinar os valores de peso relativo dos elementos químicos, era necessário conhecer as fórmulas químicas das substâncias, e, para determiná-las, era preciso saber os valores de peso relativo dos elementos químicos. Nesse período, desenvolveu-se um novo campo de estudo da Química que ajudou a resolver esse impasse: a Eletroquímica (que será estudada mais adiante). Esse termo foi criado para designar o estudo das reações químicas que produzem corrente elétrica e das que são produzidas por corrente elétrica. Entre o fim do século XVIII e o início do século XIX, o estudo sobre eletricidade ganhou destaque no meio científico. Inúmeros pesquisadores se dedicaram a esses estudos, entre eles o químico e físico italiano Alessandro Volta (1745-1827), o físico italiano Luigi Aloisio Galvani (1737-1798) e o químico e físico inglês Michael Faraday. Este último, mesmo sem entender claramente os aspectos quantitativos dos experimentos que desenvolveu, pela falta de dados sobre as grandezas envolvidas, produziu pilhas que possibilitaram o processo de eletrólise. Até o início do século XIX, a soda (fórmula atual: NaOH), a potassa (fórmula atual: KOH), a cal (fórmula atual: CaO) e outros reagentes eram considerados substâncias simples, pois nenhum método disponível da época foi capaz de decompô-los. O uso de corrente elétrica, por meio da eletrólise, tornou-se uma possibilidade para a decomposição de substâncias e permitiu que o químico inglês Humphry Davy, pela primeira vez, isolasse e identificasse dois metais provenientes das substâncias soda e potassa, há muito conhecidas, que foram nomeados sodium e potassium.

Representação dos experimentos de eletrólise realizados por Davy. Imagem do século XIX.

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UNIDADE

Com base em leis propostas por Faraday e pelo físico italiano Carlo Matteucci (1811-1868), foi possível relacionar a quantidade de corrente elétrica que passa por um sistema com a quantidade de material produzido ou consumido. Considerando o hidrogênio como referência em termos de quantidade de massa, como Dalton havia proposto, Faraday realizou experimentos com diversas substâncias. A finalidade era determinar o equivalente eletroquímico e a quantidade de substância, de diferentes cátions e ânions, depositada ou liberada em estado gasoso quando perpassada por uma quantidade de corrente elétrica igual à necessária para liberar um grama de hidrogênio gasoso. Equivalentes eletroquímicos Cátions

Ânions

Hidrogênio*

Oxigênio

Sódio

23,3

Flúor

18,7

Cálcio

20,5

Cloro

35,5

Potássio

39,2

Bromo

78,3

Prata

108

Iodo

126

*Definido arbitrariamente. Fonte: MAAR, Juergen Heinrich. História da química: segunda parte: de Lavoisier ao sistema periódico. Florianópolis: Papa-Livro, 2011. p. 292.

Como se pode notar, um dos principais desafios para os químicos, antes da consolidação da teoria atômico-molecular, foi estabelecer relações quantitativas das massas e dos volumes de substâncias com a quantidade de partículas formadoras dessas substâncias. Outra dificuldade foi a definição de um padrão de peso (ou massa, na nomenclatura mais utilizada atualmente), já que a escolha do hidrogênio, conforme proposta de Dalton e Faraday, foi se mostrando aos poucos inadequada.

Ao se combinarem átomos de vários elementos químicos com átomos de hidrogênio, formam-se hidretos, substâncias muito reativas e de difícil manipulação. Esse fato dificultou o uso do hidrogênio como padrão de peso atômico. Assim, houve a necessidade de se adotar outro elemento químico como padrão. Por formar óxidos com átomos de quase todos os elementos químicos, substâncias estáveis e de fácil manipulação, optou-se pelo oxigênio, cujo peso atômico relativo podia ser determinado com maior exatidão. A escolha do valor a ser atribuído ao peso atômico do oxigênio não foi simples, passando por diferentes medidas (1, 10, 8, 100), até chegar a 16 em 1865. Na segunda metade do século XIX, os valores atribuídos aos pesos atômicos divergiam com frequência, principalmente por causa de métodos experimentais imprecisos e pelo uso de diferentes referenciais. O Comitê Internacional de Pesos Atômicos, criado em 1906, publicava suas tabelas considerando somente o oxigênio como padrão e o valor de peso igual a 16. O peso atômico relativo foi tema de debate por muito tempo e, por causa de sua relevância para a elaboração da tabela periódica, envolveu cientistas como Mendeleev e Meyer.

IMPROVISER/SHUTTERSTOCK.COM

A importância de um padrão de peso atômico

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Em 1914, o Prêmio Nobel de Química foi atribuído ao químico estadunidense Theodore William Richards (1868-1928), em reconhecimento pelos trabalhos envolvendo determinações precisas de pesos atômicos relativos de muitos elementos químicos. No entanto, uma nova descoberta científica, prevista em 1865 e realizada em 1913, causou novas divergências: a existência de isótopos.

O carbono como padrão de peso atômico A descoberta de que havia átomos de oxigênio com diferentes valores de peso atômico levou à definição de dois padrões: os químicos continuaram a utilizar como referência o peso atômico 16 para a mistura de isótopos naturais do oxigênio, mas os físicos passaram a utilizar um peso atômico exatamente igual a 16 para o isótopo 16O. Desse modo, os valores de peso e outros valores que deles dependiam, utilizados por físicos e químicos, variavam. A existência de duas tabelas de constantes, uma da Física e outra da Química, causava problemas aos cientistas que precisavam usar esses dados, levando a IUPAC e a União Internacional de Física Pura e Aplicada (IUPAP) a buscarem um consenso. A IUPAC (em 1959) e a IUPAP (em 1960) mudaram seus padrões de referência de peso atômico do isótopo de oxigênio de peso 16 para o isótopo de carbono de peso 12 (12C), unificando o valor de padrão de peso atômico e os valores relativos provenientes dele. Considerando o isótopo 12 do carbono (12C), átomo utilizado como referência para as medidas de peso atômico, sabe-se que este é 12 vezes mais pesado do que o átomo de hidrogênio (1H). De acordo com a IUPAC, o peso atômico, ou massa atômica relativa, nomenclaturas recomendadas pela IUPAC, de um elemento químico é uma grandeza adimensional (não é expresso por uma unidade). Já a massa atômica tem dimensão de massa, apresenta unidade de massa atômica, cujo símbolo é u, e é considerada a massa de um único átomo do elemento químico. 1 da massa de um átomo de 12C. Dessa Assim, a unidade de massa atômica (u) corresponde a 12 forma, ao consultar a tabela periódica e verificar que a massa atômica do elemento químico cloro é de 35,5 u, deve-se entender que a massa atômica desse elemento corresponde a 35,5 vezes o valor da 1 massa de do isótopo 12 do carbono. 12 Com base na definição unificada, pôde-se determinar os pesos atômicos (ou as massas atômicas relativas) de todos os elementos químicos, conforme consta na tabela periódica apresentada no Tema 9. Essa determinação foi importante para os cientistas, porque as substâncias reagem em proporções constantes em relação aos átomos. Com essas informações, foi possível trabalhar com quantidades de constituintes equivalentes ao planejar uma reação química. É importante destacar que massa atômica não é o mesmo que número de massa (A), conceito estudado em Tema anterior. O número de massa de um átomo é adimenA=Z+N sional e definido pelo somatório do número de prótons (Z) e do número de nêutrons (N). Relembre esse conceito com o exemplo do hélio. Elétron

Nêutron

Próton

Número de massa (A) Somatório de nêutrons e prótons

Hélio Número atômico (Z) Número de prótons

PETER HERMES FU/SHUTTERSTOCK.COM

Em razão da complexidade do assunto, recomenda-se a leitura do artigo “Evolução histórica dos pesos atômicos” (o qual serviu de base para o texto teórico), de Mário Tolentino e Romeu C. Rocha-Filho, disponível em: http://submission.quimicanova. sbq.org.br/qn/qnol/1994/vol17n2/ v17_n2_%20(13).pdf (acesso em: 29 set. 2024). Nesse artigo, há também uma breve discussão sobre o uso dos termos peso atômico e massa atômica.

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Massa atômica e massa molecular Não

escreva Foi mencionado que a massa atômica (ma) refere-se à massa de um REfliTA no livro. átomo e é expressa em unidade de massa atômica (u). Por convenção, 1 u 2 Por que é importan1 te saber a massa é a massa equivalente a da massa do isótopo 12 de carbono cujo valor 12 de um átomo ou foi definido como exatamente 12 u. Acompanhe a seguir valores de massas de um conjunto de atômicas para os três isótopos de carbono. átomos?

UNIDADE

Prevalência de isótopos de carbono no planeta Terra Nome – Símbolo

Massa atômica

Prevalência

Carbono-12 – C

12,000000 u

98,93%

Carbono-13 – 13C

13,003355 u

1,07%

Carbono-14 – 14C

14,003242 u

, 0,01%

Fonte: NATIONAL INSTITUTE OF STANDARDS AND TECHNOLOGY. Atomic weights and isotopic compositions for carbon. [S. l.]: Nist, [2024]. Disponível em: https://physics. nist.gov/cgi-bin/Compositions/stand_alone.pl?ele=c. Acesso em: 24 set. 2024.

Já a massa atômica relativa de um elemento químico é um número adimensional e pode ser identificada na tabela periódica. Ela é resultado da média aritmética ponderada das massas atômicas dos isótopos naturais e da abundância relativa de cada um. Considere o carbono como exemplo. Desprezando o isótopo 14, cuja abundância natural é muito baixa, tem-se: 12 ? 98,93 + 13 ? 1,07 = 12,0107 100 Na tabela periódica apresentada neste livro, esses valores estão arredondados. A massa molecular refere-se à massa da entidade que compõe uma substância, isto é, a massa de uma molécula ou uma fórmula mínima. Acompanhe, como exemplo, o cálculo da massa molecular da água. massa atômica relativa (C) =

m(H2O) = 2 ? m(H) + m(O) m(H2O) = 2 ? 1 u + 16 u m(H2O) = 18 u Alguns autores usam o termo massa molecular para se referir à massa de substâncias que não são moleculares, como os sais. Nesse caso, a massa molecular representa a massa dos elementos químicos da fórmula iônica mínima. Entretanto, outros preferem utilizar o termo massa-fórmula para as substâncias que não são moleculares, que é um termo mais abrangente. Acompanhe, como exemplo, o cálculo da massa-fórmula do cloreto de sódio (NaCl). m(NaCl) = m(Na) + m(Cl) m(NaCl) = 22,99 u + 35,45 u m(NaCl) = 58,44 u Dessa forma, a massa molecular (ou massa-fórmula) é a massa obtida pela soma das massas dos átomos que constituem a molécula ou a fórmula mínima de uma substância.

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Quantidade de matéria REfliTA

Não escreva no livro.

A definição do carbono como padrão possibilitou aos químicos definir uma grandeza que está relacionada com a quantidade de substância em uma amostra. A grandeza que indica a quantidade de entidades elementares (átomos, moléculas ou fórmulas) presentes em uma amostra ou em um sistema é chamada de quantidade de matéria ou quantidade de substância, representada pela letra n. Essa é a sétima grandeza básica do Sistema Internacional de Unidades (SI), tendo como unidade de medida o mol, cujo símbolo também é mol. Acompanhe as informações a seguir.

3 Como saber a

quantidade dos constituintes de uma substância em uma amostra dessa substância?

Grandezas básicas do Sistema Internacional de Unidades Grandeza (símbolo)

Unidade Nome (plural)

Símbolo (não tem plural)

Distância (d)

Metro (metros)

Massa (m)

Kilograma (kilogramas)

Tempo (t)

Segundo (segundos)

Temperatura termodinâmica (T)

Kelvin (kelvins)

Corrente elétrica (i)

Ampere (amperes)

Intensidade luminosa (j)

Candela (candelas)

Quantidade de matéria (n)

Mol (mols)

mol

INSTITUTO NACIONAL DE METROLOGIA, QUALIDADE E TECNOLOGIA; INSTITUTO PORTUGUÊS DA QUALIDADE. Sistema Internacional de Unidades (SI). Tradução: Grupo de Trabalho luso-brasileiro do Inmetro e IPQ. Brasília, DF: Inmetro; Caparica: IPQ, 2021. Tradução luso-brasileira da 9a edição. Disponível em: https://www.gov.br/compras/pt-br/acesso-a-informacao/noticias/si_versao_final.pdf. Acesso em: 10 nov. 2024.

Além de definir a grandeza, é necessário definir a unidade de medida, o mol, termo do latim mole, que significa “amontoado”, “grande quantidade”. A definição de mol foi apresentada em 1961 e adotada em 1971 pelo SI como a unidade de medida da grandeza quantidade de matéria. De acordo com a IUPAC, o mol é a quantidade de matéria de um sistema que contém tantas entidades elementares quanto o número de átomos presentes em 0,012 kg do isótopo 12 de carbono (12C). As entidades elementares podem ser átomos, moléculas e outras partículas ou grupamentos de partículas quaisquer. É muito comum, em situações práticas, em laboratórios e indústrias, estabelecer uma relação direta entre a massa em grama de uma amostra (m) de uma substância e a quantidade de matéria em mol (n) para essa mesma substância. Essa relação é dada por:

m M

Na expressão matemática, M é a massa molar da substância, dada em grama por mol (g/mol ou g ? mol_1), que será abordada mais adiante.

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Constante de Avogadro Na definição de quantidade de matéria, há uma dependência entre a unidade mol e a unidade kilograma, a qual foi abandonada na reformulação do SI. A definição atual se baseia na constante de Avogadro (NA). O valor aceito pela IUPAC para a constante de Avogadro é 6,02214076 ? 1023 mol_1 (normalmente, representado na forma arredondada, 6,02 ? 1023 mol_1). Esse valor variou ao longo do tempo por causa do aumento na precisão de sua determinação, que é feita experimentalmente. Assim, a quantidade de matéria de um sistema é uma medida do número de entidades elementares especificadas. Um mol contém exatamente 6,02214076 ? 1023 entidades elementares.

UNIDADE

ESPAÇOS DE APRENDiZAGEM

Esta animação em inglês, com opção de legenda em português, apresenta a magnitude do mol. O título do vídeo satiriza o fato de que mole, em inglês, significa “toupeira” (o animal). • QUÃO grande é o mol? (não o animal, o outro.): Daniel Dulek. [S. l.: s. n.], 2012. 1 vídeo (5 min). Publicado pelo canal TED-Ed. Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=TEl4jeETVmg&t=61s. Acesso em: 24 set. 2024.

Vários cientistas se dedicaram à elucidação desse valor, entre os quais o físico alemão Albert Einstein. Einstein, em sua tese de doutorado defendida em 1905, estudou o movimento browniano e buscou relacionar o mundo submicroscópico com o mundo macroscópico. Em sua tese e em um artigo científico publicado no mesmo ano, ele apresentou propostas para a determinação da constante de Avogadro. Com base nesse trabalho, o físico francês Jean-Baptiste Perrin (1870-1942), participante da primeira Conferência de Solvay, em 1911, desenvolveu uma série de experimentos para determinar o valor da constante de Avogadro (NA). Ele obteve o valor de 6,82 ? 1023 átomos por mol. Por seu trabalho sobre a estrutura descontínua da matéria, Perrin recebeu o Prêmio Nobel de Física em 1926. Definidos os conceitos de quantidade de matéria e de mol, é importante definir outros conceitos relacionados a eles, como massa molar e volume molar. SOBRE

Movimento browniano é o nome dado à movimentação aleatória de partículas, como moléculas, em um fluido (líquido ou gasoso). Esse movimento ocorre por causa dos choques que acontecem entre as partículas, fazendo com que cada partícula se desloque de modo aparentemente aleatório.

Massa molar A massa molar, expressa em grama por mol (g/mol ou g ? mol_1), pode ser definida como a massa, em grama, equivalente a um mol de entidades elementares formadoras da substância. Assim, a massa molar de um elemento químico é a massa, em grama, de 6,02 ? 1023 átomos desse elemento. A massa molar e a massa atômica são equivalentes numericamente, ou seja, apresentam valores numéricos iguais, mas com unidades de medida diferentes.

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Na tabela periódica, como estudado, são apresentados os valores numéricos das massas atômicas relativas. Desse mesmo valor, são obtidas a massa atômica em unidade de massa atômica (u) e a massa molar em grama (g). Os átomos de ferro, por exemplo, têm massa atômica relativa igual a 55,85, massa atômica igual a 55,85 u e massa molar (massa de um mol de átomos de ferro) igual a 55,85 g. Representa-se a massa molar pela letra M, seguida do símbolo do elemento químico entre parênteses: M(Fe) = 55,85 g/mol E qual é a massa molar do oxigênio? A essa pergunta são obtidas duas respostas diferentes. Isso porque há o elemento químico oxigênio (O) e a substância simples gás oxigênio (O2). Assim: M(O) = 16 g/mol M(O2) = 32 g/mol Como a substância oxigênio é formada por moléculas de O2, um mol de gás oxigênio tem 1 mol dessas moléculas e, consequentemente, 2 mol de átomos de oxigênio. Do mesmo modo, um mol de moléculas da substância água tem um mol de átomos do elemento oxigênio e 2 mol de átomos do elemento hidrogênio. Assim, a massa molar da água é: M(H2O) = 2 ? M(H) + M(O) M(H2O) = 2 ? 1 g/mol + 16 g/mol

MARTYN F. CHILLMAID/SCIENCE PHOTO LIBRARY/FOTOARENA

M(H2O) = 18 g/mol

Ferro 55,8 g

Enxofre 32,1 g

Mercúrio 200,6 g

Cobre 63,5 g

Carbono 12,0 g

Na fotografia, é apresentado 1 mol de algumas substâncias. Note a variação das massas, para a mesma quantidade de matéria. Os valores estão arredondados em relação aos que constam na tabela periódica.

Alumínio 27,0 g

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UNIDADE

Como identificar moléculas pela massa Ao longo das últimas décadas, inúmeras técnicas foram desenvolvidas para identificar e quantificar as substâncias químicas. Cada técnica tem suas características e especificidades, fornecendo diferentes informações. Uma dessas técnicas, muito utilizada e difundida, é a espectrometria de massas. Ela remete aos estudos de J. J. Thomson, o primeiro cientista a estudar a influência de um campo elétrico no movimento de átomos e íons, sendo esse fenômeno a base para a espectrometria de massas.

GUILHERME LEPORACE/AGÊNCIA O GLOBO

AlGO A

Cientista analisa amostras em laboratório A espectrometria de massas é utilizada para utilizando um espectrômetro de massas. identificar espécies químicas com alta precisão, fornecendo informações valiosas a respeito dos átomos presentes na estrutura. Essas informações são analisadas com outros dados, como as massas de fragmentos da espécie, e possibilitam a determinação exata de sua composição elementar e de sua estrutura. Alguns exames médicos, como o teste do pezinho, feito em recém-nascidos para diagnosticar precocemente algumas doenças, podem ser feitos com essa técnica. Assim como moléculas que apresentam funções importantes no corpo humano são estudadas por meio dessa técnica. A técnica é mostrada com frequência em seriados policiais de televisão, nos quais peritos criminais colocam amostras previamente preparadas, de todo tipo de material, em espectrômetros de massa acoplados a outros equipamentos, e descobrem rapidamente a composição da amostra. Apesar de ser uma técnica eficiente, seu uso não é simples. Químicos e outros cientistas que trabalham com equipamentos de espectrometria de massas investem muitos recursos estudando a técnica e desenvolvendo os procedimentos específicos para cada material a ser analisado. Depois da análise, é necessário efetuar a interpretação dos resultados, atividade que também exige conhecimento e habilidade.

Volume molar Como estudado, de acordo com a hipótese de Avogadro (hoje, lei de Avogadro, por já ter sido comprovada experimentalmente), volumes iguais de gases diferentes, nas mesmas condições de temperatura e pressão, têm o mesmo número de partículas. Assim, da mesma forma que a massa molar, o volume molar é o volume ocupado por um mol de entidades elementares de um gás. Determinou-se, experimentalmente, que um mol de qualquer gás, nas condições padrão de temperatura e pressão (CPTP), ou seja, a 273,15 K e 100 kPa, ocupa um volume igual a 22,71 L, aproximadamente. Uma maneira de explicar esse valor é por meio do uso da chamada equação de Clapeyron, que será abordada em Tema posterior. P?V=n?R?T Na equação, P é a pressão, V, o volume, n, a quantidade de matéria (átomos, íons ou moléculas), R, a constante dos gases (considere o valor 0,08206 L ? atm/mol ? K), e T, a temperatura.

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QEERAW/SHUTTERSTOCK.COM

Isolando a variável volume ocupado por um gás e substituindo os valores de temperatura e pressão nas CPTP e a quantidade de um mol, obtêm-se aproximadamente 22,71 L. E o que isso significa? Considere três balões contendo um mol de hélio (He), um mol de gás oxigênio (O2) e um mol de gás nitrogênio (N2), respectivamente. A equação indica que, nas CPTP, os três gases ocuparão o mesmo volume, 22,71 L. Dessa forma, pode-se generalizar e concluir que qualquer gás ideal, nessas condições, ocupará sempre um volume de 22,71 L. O volume ocupado por um gás depende das condições de temperatura e pressão, ou seja, a alteração de qualquer uma dessas variáveis resulta na alteração do volume. Há, portanto, uma diferença no volume molar quando a substância não está nas CPTP. Existe um outro parâmetro, denominado condições normais de temperatura e pressão (CNTP), que admite o valor de 1 atm para a pressão. Esse valor equivale a 101 325 Pa, ligeiramente maior do que o considerado nas CPTP. Assim, nas CNTP, o volume molar equivale a 22,4 L. Apesar de pequena, essa diferença é bastante discutida na comunidade científica mundial. A IUPAC recomenda que se use as CPTP.

1 mol He 4,0 g He 273,15 K 100 kPa

1 mol O2 32,0 g O2 273,15 K 100 kPa

AT¡v¡DaDeS

Nas CPTP, 1 mol de qualquer gás ideal ocupa o volume de 22,7 L.

Não escreva no livro.

1. Considerando o valor da constante de Avogadro, calcule:

a) quantos átomos existem em 36 g de carbono-12. b) quantos elétrons existem em 12 g de carbono-12. c) quantos prótons existem em 24 g de carbono-12.

2. Determine a massa atômica relativa do cloro, considerando os dados apresentados. Nome

Número de massa atômico

Proporção em massa

Cloro-35 – 35Cl

34,9689

75,53%

Cloro-37 – Cl

36,9659

24,47%

1 mol N2 28,0 g N2 273,15 K 100 kPa

3. Determine a massa molecular das seguintes

substâncias: etano (C2H6), metanol (CH3OH), ácido nítrico (HNO3) e óxido de bário (BaO).

4. Determine a massa molar das seguintes subs-

tâncias: metano (CH4), etanol (C2H5OH), ácido sulfúrico (H2SO4) e hidróxido de cálcio (Ca(OH)2).

5. O gás hélio, cujo valor de massa molar é igual a

4,00 g/mol, é muito utilizado em balões por sua densidade ser menor do que a do ar. Calcule o volume ocupado por um kilograma de gás hélio nas CNTP.

6. Você estudou que existe um padrão de peso atô-

mico. Pesquise e apresente outros padrões de medida que existem e indique a utilidade deles.

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Compreendendo os gases

UNIDADE

TEMA

Respostas e comentários deste Tema estão disponíveis nas Orientações para o professor.

O planeta Terra é envolvido por uma camada de gases chamada atmosfera. Esses gases são fundamentais para a vida, pois proporcionam o equilíbrio do clima e da temperatura do planeta e filtram grande parte da radiação ultravioleta que chega do Sol. Desconsiderando a umidade (vapor de água), para cada 100 litros de ar, têm-se aproximadamente 78,1 litros de gás nitrogênio (N2), 20,9 litros de gás oxigênio (O2) e 0,9 litro de gás argônio (Ar). Além desses três componentes gasosos majoritários, há outros em concentrações menores, os chamados gases traços, que, juntos, constituem menos de 0,1% em volume do ar atmosférico seco e limpo. Acompanhe a seguir a quantidade dessas substâncias gasosas em ordem de abundância. Substâncias gasosas em ordem de abundância na atmosfera Substância gasosa

Fonte: NATIONAL OCEANIC AND ATMOSPHERIC ADMINISTRATION. The atmosphere. [S. l.]: NOAA, 2 jul. 2024. Disponível em: https://www. noaa.gov/jetstream/atmosphere. Acesso em: 22 set. 2024.

Fórmula química Percentual aproximado em volume (%)

Nitrogênio molecular

78,1

Oxigênio molecular

20,9

Argônio

0,93

Dióxido de carbono

CO2

0,04

Neônio

0,00182 (18,2 ppm*)

Hélio

0,00052 (5,2 ppm)

Metano

CH4

0,00019 (1,9 ppm)

Criptônio

0,00011 (1,1 ppm)

Hidrogênio molecular

0,00006 (0,6 ppm)

Monóxido de dinitrogênio

N2O

0,00003 (0,3 ppm)

Monóxido de carbono

0,00001 (0,1 ppm)

Xenônio

0,000009 (0,09 ppm)

Ozônio

0,000007 (0,07 ppm)

*Observação: 1 ppm = 1 parte por milhão.

A quantidade de vapor de água na atmosfera varia de região para região. Ela é compreendida, em média, na faixa de 1% a 4% do volume de ar. Em muitas regiões, essa umidade varia consideravelmente com a mudança das estações do ano. Quando a quantidade de vapor de água chega a 4% do volume de ar na atmosfera, a água torna-se líquida, formando gotículas perceptíveis, como neblina, nuvem e, muitas vezes, chuva.

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ANDRE DIB/PULSAR IMAGENS

Atraídos pela gravidade da Terra, por causa da massa do planeta, as moléculas e os átomos dos gases da atmosfera produzem uma força sobre a superfície sólida do planeta. Essa força está relacionada à pressão atmosférica, que pode ser compreendida como o peso exercido pela coluna de ar atmosférico sobre uma unidade de área. A pressão atmosférica é comumente expressa em atmosfera (atm), porém a unidade recomendada pela IUPAC é o pascal (Pa). Ao nível do mar, na altitude zero, verifica-se uma pressão de 1 atm, o equivalente a 100 kilopascal (kPa) ou 1 ? 105 Pa, aproximadamente. A atmosfera torna-se mais rarefeita com o aumento da altitude. Assim, a pressão atmosférica no Pico do Barbado, por exemplo, o pico mais alto da Chapada Diamantina, localizada no oeste da Bahia, com 2 033 metros de altitude, é menor do que a pressão atmosférica ao nível do mar, porque há menos moléculas de gases por unidade de volume e menos força peso exercida sobre a superfície do pico.

Vista do Pico do Barbado (ao fundo na imagem). Abaíra (BA), 2021. Neste Tema, serão estudados alguns aspectos do comportamento dos gases e uma teoria que busca explicar suas propriedades. Além disso, serão introduzidos alguns tópicos de destaque de um campo de estudos denominado Química Ambiental.

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PRESNO, J. Van Helmon recibe en su laboratorio á un alquimista que le presenta la piedra filosofal. In: FIGUIER, Louis. La ciencia y sus hombres: vidas de los sabios ilustres desde la antigüedad hasta el siglo XIX. Barcelona: D. Jaime Seix, 1879. t. 2. Localizável em: entre p. 918-919.

Representação de Jan Baptista van Helmont recebendo a pedra filosofal de um alquimista.

BREYENN/SHUTTERSTOCK.COM RENA

Não

escreva O cientista e químico belga Jan Baptista van Helmont foi um dos pioneiros REfliTA no livro. no estudo sobre os gases. Com base em uma série de experimentos, contes1 Além dos gases citou algumas ideias clássicas da alquimia e da teoria dos quatro elementos de tados na introdução Aristóteles, propondo que o ar não era uma substância única, mas composto deste Tema, que oude diferentes tipos de gases. Van Helmont cunhou o termo gás, derivado da tros gases podem palavra grega kháos (“caos”), ao observar que algumas substâncias, ao serem ser encontrados no aquecidas ou fermentadas, produziam um “espírito aéreo” que se comporar respirado pelas pessoas das grantava de forma diferente do ar comum. Por volta de 1620, o cientista realizou des cidades? um de seus experimentos mais conhecidos, que consistiu em queimar carvão e observar o consumo desse material, tentando fornecer uma explicação para a diminuição de sua massa. Van Helmont considerava que a matéria não podia ter simplesmente desaparecido, mas sim formado um “espírito” impossível de ser contido e mais denso do que o ar. A esse “espírito” desconhecido ele deu o nome de gás silvestre (hoje, designado dióxido de carbono), de maneira que pudesse diferenciá-lo do ar e dos vapores de líquidos. Os filósofos naturalistas com uma visão mecanicista se mostraram contrários à adoção do termo criado por Van Helmont. Entre eles estava Robert Boyle, importante filósofo natural, físico e químico, que criticava o uso da palavra gás. Boyle, conhecido por formular uma lei fundamental sobre o comportamento dos gases, preferia utilizar a palavra ar para se referir aos gases liberados em reações químicas. Ele usava termos como ar fictício ou ar artificial para descrever, por exemplo, o gás gerado pela reação entre vinagre e pó de coral (carbonato de cálcio). De qualquer forma, aos poucos, iniciava-se uma nova perspectiva da Física e da Química, que passaram a considerar os gases como objeto de estudo. A seguir, serão apresentadas algumas leis envolvendo o comportamento dos gases.

LOOK AND LEARN/BRIDGEMAN/FOTOA

O início do estudo dos gases

UNIDADE

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As transformações gasosas Antes de abordar as chamadas leis dos gases, alguns conceitos fundamentais sobre gases e sistemas termodinâmicos precisam ser apresentados. Primeiro, é necessário entender as grandezas físicas que definem o estado de um sistema em equilíbrio, as chamadas variáveis de estado. Para gases, as principais são: • Pressão (P): variável relacionada à força exercida pelas moléculas de gás sobre as paredes do recipiente. • Volume (V): variável relacionada ao espaço ocupado pelo gás. • Temperatura (T): variável relacionada à energia cinética média das moléculas, expressa em kelvin (K).

REfliTA

Não escreva no livro.

2 Você já notou que,

às vezes, é difícil abrir um pote de vidro de azeitonas em conserva que estava na geladeira ou abrir um pote de vidro de geleia pela primeira vez? Como você explicaria essa dificuldade?

Essas variáveis estão inter-relacionadas pelas leis que serão abordadas a seguir. Elas ajudam a prever como o gás se comportará sob diferentes condições. Além disso, é importante conhecer o conceito de sistema fechado. Um sistema fechado é aquele em que não há troca de matéria com o ambiente externo, mas pode haver troca de energia, como o calor. Isso significa que, embora a quantidade de gás no sistema permaneça constante, suas condições internas podem mudar dependendo da variação de pressão, volume ou temperatura. Com esses conceitos, pode-se entender como ocorrem as transformações gasosas e como as variáveis se comportam em cada tipo de transformação. É preciso destacar que os experimentos de Boyle, Charles e Gay-Lussac, que deram origem às leis dos gases, ocorreram antes do surgimento da teoria cinética (discutida mais adiante neste Tema). As leis dos gases foram essenciais para o desenvolvimento dessa teoria. No entanto, a análise das transformações de estado fica mais evidente quando explicada com base na teoria cinética, que se fundamenta na ideia de partículas em movimento em um recipiente. Por fim, é importante ressaltar que o comportamento dessas partículas é descrito por um modelo teórico e não pode ser observado a olho nu ou por meio de instrumentos ópticos. As representações apresentadas nos tópicos a seguir são apenas para fins didáticos e melhor entendimento.

Lei de Boyle (transformação isotérmica) São atribuídas a Boyle diversas descobertas científicas, entre as quais o isolamento do gás hidrogênio. Por meio dessa descoberta, foi comprovado que o ar é uma mistura de gases, refutando, assim, a teoria dos elementos aristotélicos. Boyle considerava o ar um elemento essencial para a vida e realizou trabalhos sobre o crescimento de plantas controlando as condições do ar. Ao estudar os gases, o cientista observou que a pressão e o volume de determinada quantidade de gás contida em um sistema fechado, à temperatura constante, são inversamente proporcionais. Ou seja, se a pressão sobre uma quantidade de ar for aumentada, seu volume diminui. Se a pressão for diminuída, o volume aumenta. Essa relação pode ser descrita matematicamente da maneira a seguir. P?V=k

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UNIDADE

Na expressão, P é a pressão, V, o volume e k, uma constante. De maneira simplificada, pode-se entender que se o volume da amostra gasosa for reduzido pela metade, à mesma temperatura (partículas com mesma energia cinética), tem-se apenas metade do espaço para que as partículas do gás se movimentem. Dessa forma, haverá o dobro do número de colisões entre essas partículas e as paredes do recipiente. Por exemplo, se for aplicado o dobro da pressão a um sistema com êmbolo móvel, à temperatura constante, o volume diminuirá pela metade, e a pressão interna, causada pelas colisões das partículas contra as paredes do recipiente, dobrará. Vale ressaltar que a quantidade de partículas é a mesma antes e depois da compressão do gás. Essa outra maneira de entender a relação é representada a seguir. Por ocorrer à temperatura constante, esse tipo de transformação é chamado de transformação isotérmica.

PAULO CÉSAR PEREIRA

Situação inicial

Lembrar que partículas não podem ser observadas dentro de um recipiente, essa representação visa apenas facilitar o entendimento da transformação. Vale solicitar aos estudantes que mantenham isso em mente ao analisar outras ilustrações desse tipo.

Situação final

V1 T = constante

Representação de transformação isotérmica (imagens sem escala; cores fantasia).

Considere um sistema com um gás em duas condições diferentes. Na primeira, um volume V1 de gás à pressão P1 e temperatura T1. Na segunda, a pressão é aumentada para P2, a temperatura permanece constante, T1, e o volume diminui para V2. Com base na conclusão de Boyle, o produto das grandezas pressão e volume deve ser constante, portanto: P1 ? V1 = P2 ? V2

EDITORIA DE ARTE

Representação gráfica da lei de Boyle

Pressão (atm)

Essa igualdade recebeu o nome de lei de Boyle. Graficamente, ela pode ser representada da seguinte maneira. O físico francês Edme Mariotte (c. 1620-1684) realizou experimentos semelhantes aos de Boyle na França e publicou resultados que reafirmavam o que Boyle havia proposto. Por isso, com frequência, essa lei é também chamada de lei de Boyle-Mariotte.

V1 Fonte: Dados fictícios.

Volume (L)

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Of¡C¡na C¡enT f¡Ca

Verificando a lei de Boyle

A Ciência tem como uma de suas bases a observação. No entanto, nem sempre é possível observar a olho nu certos fenômenos, e os cientistas precisam construir instrumentos para isso. A Ciência Moderna lida com instrumentos muito sofisticados, no entanto é possível fazer diversas análises utilizando instrumentos relativamente simples. Para verificar a lei de Boyle por meio de um experimento, é possível construir um instrumento de observação com materiais do cotidiano.

Materiais

• Seringa. • Massa epóxi. • Papel-cartão. • Objetos com diferentes massas, como moedas e pesos de papel. • Balança. • Dois pedaços de madeira com aproximadamente 10 cm de largura, 10 cm de comprimento e 2 mm de espessura cada um. • Hastes de metal ou de madeira com aproximadamente 10 cm de comprimento. • Cola para madeira. Faça o experimento • Furadeira e broca para madeira. somente na presença do professor.

Procedimentos

Realização do experimento • Prenda a seringa perpendicularmente ao suporte de madeira com furo no centro, com a superfície dele posicionada na horizontal e de modo que Objeto com não atrapalhe a leitura do volume de ar. Papel-cartão determinada Êmbolo • Puxe o êmbolo da seringa até encher de ar o cimassa lindro. Tape o bico da seringa, vedando-o com massa epóxi. • Prenda sobre a extremidade do êmbolo um círculo de papel-cartão ou de plástico rígido, de modo a aumentar a superfície dela, para que se possa colocar um peso sobre o êmbolo. • Posicione objetos de diferentes massas sobre o êmbolo, um de cada vez, e observe como o êmbolo se comporta. AT¡v¡DaDe

Seringa Massa epóxi

SELMA CAPARROZ

Construção do suporte • Peça ao professor que faça um furo no centro do pedaço de madeira para encaixar a seringa. • Pegue o outro pedaço de madeira (horizontal) e cole as hastes de metal na vertical. • Cole o pedaço de madeira com furo na parte superior.

Suporte de madeira

Representação do experimento para avaliar a variação do volume de ar.

Não escreva no livro.

• Qual é a relação entre a massa do objeto colocado sobre o êmbolo e o volume do ar no cilindro da seringa? Em seu caderno, faça um gráfico que represente a variação de volume do ar de acordo com a variação da massa do objeto.

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UNIDADE

A primeira lei de Charles e Gay-Lussac (transformação isobárica) O químico, físico e matemático francês Jacques Alexandre César Charles (1746-1823) também foi um estudioso dos gases e observou que alguns deles apresentavam coeficiente de expansão constante quando a pressão era mantida constante. No entanto, ele não publicou seus trabalhos. Pouco mais de uma década depois, a expansão térmica dos gases foi amplamente estudada pelo químico e físico francês Joseph Louis Gay-Lussac, que chegou à conclusão de que o coeficiente de dilatação volumétrica seria igual para todos os gases. Matematicamente, pode-se escrever que, para um dado volume de gás, a razão entre a temperatura termodinâmica T e o volume V é igual a uma constante k.

De maneira simplificada, entende-se que, se o valor da Situação inicial Situação final Patm temperatura de um gás aumentar duas vezes, suas partículas apresentarão uma energia cinética duas vezes maior. Para que a pressão no sistema se mantenha constante, é necesPatm sário que o espaço tridimensional de que essas partículas P = constante dispõem seja duas vezes maior. Lembrando que a quantidade de partículas é a mesma nas duas situações. Por ocorrer à pressão constante, esse tipo de transformação é chamado de transformação isobárica. T2 V2 T2 V1 De acordo com essa lei, chamada de primeira lei de Representação de transformação isobárica Charles e Gay-Lussac, se a pressão de certa quantidade de (imagens sem escala; cores fantasia). gás for mantida constante e sua temperatura for aumentada de T1 para T2, seu volume variará de V1 para V2 na mesma proporção. Assim, pode-se estabelecer uma relação matemática, representada a seguir de maneira algébrica e gráfica, respectivamente.

PAULO CÉSAR PEREIRA

V =k T

EDITORIA DE ARTE

V1 V = 2 T1 T2

Volume (L)

Representação gráfica da primeira lei de Charles e Gay-Lussac 60 50 40 30 20 10 0 0

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Temperatura (K) Fonte: Dados fictícios.

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AlGO A

Quem formulou a “lei de Charles”? OXFORD SCIENCE ARCHIVE/HERITAGE IMAGES/SCIENCE PHOTO LIBRARY/FOTOARENA

A relação entre o volume e a temperatura de um gás, à pressão constante, não foi estudada e formulada apenas por Charles, como o nome sugere. O assunto foi estudado também por Dalton e Gay-Lussac. Dalton publicou resultados de experimentos mais completos, mas não chegou a elaborar uma lei. Além disso, os valores que calculou para a constante k apresentavam um erro maior do que o calculado posteriormente por Gay-Lussac. Leia um trecho do que GayLussac escreveu antes de destacar seus resultados.

Devo informar que, apesar do reconhecimento de que muitas vezes os gases oxigênio, nitrogênio, hidrogênio, ácido carbônico e o ar atmosférico sofrem expansão de 0° até 80°, o cidadão Charles notou a mesma propriedade 15 anos atrás, mas por nunca ter publicado os seus resultados, é por pura sorte que tenho conhecimento deles. GAY-LUSSAC, Louis. Recherches sur la dilatation des gaz et des vapeurs. Annales de chimie: ou recueil de mémoires concernant la chimie et les arts qui en dépendent, et spécialement la pharmacie, Paris, v. 43, p. 137-175, 1802. p. 156-157. Tradução dos autores.

GAY-LUSSAC et Biot font des expériences de physique à 4,000 metres de hauteur. In: FIGUIER, Louis. Les merveilles de la science: ou description populaire des inventions modernes. Paris: Furne, Jouvet et Cie., 1868. p. 537.

Gay-Lussac foi um cientista produtivo. Em 1804, com o físico, astrônomo e matemático francês Jean-Baptiste Biot (1774-1862), subiu 4 000 metros em um balão. Essa é considerada a primeira ascensão com objetivos científicos, a qual tinha o objetivo de estudar a variação magnética da Terra em relação à altura.

Assim, apesar de saber que Charles já havia constatado o mesmo fenômeno, Gay-Lussac tomou conhecimento dos experimentos apenas por ter tido “muita sorte”. Esse breve evento é um bom exemplo de como o desenvolvimento da Ciência nos séculos passados envolvia dificuldades na troca de informações entre os cientistas e na publicação de resultados. Alguns historiadores defendem que a lei de Charles e Gay-Lussac deveria ser chamada segunda lei de Dalton, pois o cientista inglês teria sido o primeiro a publicar dados sobre o assunto. Outros afirmam que existem trabalhos mais antigos, entre o final do século XVII e o início do século XVIII, em que a relação constante entre o volume e a temperatura dos gases já havia sido verificada.

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UNIDADE

A segunda lei de Charles e Gay-Lussac (transformação isovolumétrica) Charles e Gay-Lussac também estudaram a relação entre temperatura e pressão em transformações gasosas em que há uma mesma quantidade de gás cujo volume é constante. Ambos os cientistas observaram que a pressão aumenta com a elevação da temperatura, mantido constante o volume. Matematicamente, pode-se escrever que, para um dado volume de gás, a razão entre a pressão P e a temperatura termodinâmica T é igual a uma constante k. P =k T De maneira simplificada, pode-se entender que, se a temperatura de um gás dobrar, as partículas apresentarão uma energia cinética duas vezes maior e, portanto, exercerão uma força duas vezes maior sobre uma mesma superfície (paredes de um recipiente, por exemplo). Por ocorrer a volume constante, esse tipo de transformação é chamado de transformação isovolumétrica ou isocórica. Situação inicial

Situação final

PAULO CÉSAR PEREIRA

V = constante

Representação de transformação isocórica (imagens sem escala; cores fantasia). P1 T1

P2 T 2

De acordo com essa lei, chamada de segunda lei de Charles e Gay-Lussac, se o volume de certa quantidade de gás for mantido constante e sua temperatura for aumentada de T1 para T2, sua pressão variará de P1 para P2 na mesma proporção. Assim, pode-se estabelecer a seguinte relação:

T2 Pressão (atm)

EDITORIA DE ARTE

Representação gráfica da segunda lei de Charles e Gay-Lussac

0 Fonte: Dados fictícios.

T1 Temperatura (K)

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A lei combinada dos gases Para entender melhor os sistemas, cientistas frequentemente trabalham variando algumas grandezas enquanto mantêm outras constantes. Por isso, ao estudar as transformações gasosas, é possível notar que sempre há uma grandeza que permanece constante (temperatura, pressão ou volume). No entanto, nos sistemas naturais, isso não é possível, pois as três grandezas variam simultaneamente. Cientistas, então, buscaram estabelecer uma relação entre elas por meio de uma equação que permitisse lidar com essas variações simultâneas. A constante de Avogadro, estudada no Tema anterior, estabelece uma relação entre volumes iguais de gases e número de moléculas nas mesmas condições de pressão e temperatura. Além disso, de acordo com o cientista italiano, o volume de um gás, a certa pressão e temperatura, é diretamente proporcional à quantidade de matéria do gás (número de mols). Essa proporcionalidade pode ser expressa da seguinte forma: V=k?n Na equação, k é uma constante de proporcionalidade, V, o volume e n, a quantidade de matéria. Foi apresentado anteriormente que o volume tem uma relação inversamente proporcional à pressão (lei de Boyle) e diretamente proporcional à temperatura (primeira lei de Charles e Gay-Lussac). Assim:

V‚

1 P

V‚T Na expressão, ‚ representa proporcionalidade, V é o volume, T, a temperatura e P, a pressão. Combinando essas relações, obtém-se:

V‚

nT P

É possível notar que todas as leis estão contempladas, incluindo a relação diretamente proporcional entre pressão e temperatura (segunda lei de Charles e Gay-Lussac). Se a quantidade de matéria do gás for considerada constante, rearranjando, chega-se à seguinte equação, em que k é uma constante: PV =k T Essa relação possibilita concluir que, se as condições forem alteradas, as variáveis terão valores diferentes, mas o resultado será sempre uma constante. Assim, para duas condições diferentes,

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chega-se à chamada equação combinada dos gases, também conhecida como lei geral dos gases, ou equação geral dos gases: P1V1 PV = 2 2 T1 T2 Se a quantidade de matéria não for constante, é possível estabelecer uma relação de proporcionalidade entre a constante k e o produto de n e uma constante R (chamada constante geral dos gases). Substituindo essa relação na equação apresentada anteriormente, tem-se: PV = nR T Assim, obtém-se a equação de estado dos gases ideais, também conhecida como equação de Clapeyron, em homenagem ao físico francês Benoit-Pierre-Émile Clapeyron (1799-1864), quem a propôs. PV = nRT Nessa equação, é importante atentar-se para as unidades. De acordo com o Sistema Internacional de Unidades, P é a pressão em pascal (Pa), mas, na Química, também é comum usar atmosfera (atm) e milimetro de mercúrio (mmHg); V é o volume em metro cúbico (m3), mas, na Química, a unidade mais usual é o litro (L); n é quantidade de matéria em mol (mol); T é a temperatura em kelvin (K); e R é a constante geral dos gases, cujo valor é igual a 8,31 kPa ? L/mol ? K, a 0,082 atm ? L/mol ? K ou a 62,36 mmHg ? L/mol ? K.

A teoria cinética dos gases A equação de Clapeyron descreve o comportamento dos gases nas condições ideais consideradas a seguir. • Um gás é formado por uma grande quantidade de partículas que se movem constantemente de forma desordenada. • O volume ocupado pelas partículas individuais é insignificante em relação ao volume total do gás, ou seja, a distância entre as partículas é muito maior do que o tamanho delas. • Não há forças significativas de atração ou de repulsão entre as partículas do gás, nem entre as partículas e as paredes do recipiente que as contém. • A energia média de movimento (energia cinética) das partículas depende diretamente da temperatura do gás. • As partículas colidem tanto entre si quanto com as paredes do recipiente que contém o gás. • A pressão exercida por um gás é resultado dos impactos constantes das partículas contra as paredes do recipiente. Esse modelo, chamado de teoria cinética dos gases, é eficaz para gases sob altas temperaturas e baixas pressões. É preciso reforçar que as Ciências, com frequência, trabalham e desenvolvem modelos assumindo condições ideais para estudar e compreender os fenômenos. É com base nesses modelos que representam um ideal que cientistas conseguem se aproximar da complexidade do real.

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Umidade relativa do ar REfliTA

Não escreva no livro.

3 O que significa

DIMABERLIN/SHUTTERSTOCK.COM

EDSON GRANDISOLI/PULSAR IMAGENS

quando as pessoas dizem que o tempo está seco ou que está muito abafado?

Para que seja possível realizar a previsão do tempo, assim como a análise do índice de umidade e da ocorrência de chuvas, é necessário estudar a relação entre os gases na atmosfera. Com frequência, os noticiários informam a respeito da umidade relativa do ar. O que isso significa? O ar atmosférico contém água no estado gasoso em quantidades variáveis. No entanto, essa quantidade, a certa temperatura e pressão, é limitada. A umidade relativa do ar é uma medida da quantidade de vapor de água presente na atmosfera em relação ao máximo possível, considerando a temperatura e a pressão locais. Assim, a umidade relativa do ar é medida em porcentagem, em uma escala de 0% a 100%. Quando a umidade relativa atinge 100%, ocorre a condensação do vapor de água, ou seja, a água passa do estado gasoso para o líquido. Isso significa que fatores, como a temperatura e a pressão do ar atmosférico, estudados neste Tema, estão diretamente relacionados à precipitação ou à ausência de chuvas. A umidade relativa do ar é um importante fator climático e está ligada à sensação térmica. Portanto, seu monitoramento é essencial para a agricultura, a conservação de materiais, a saúde humana, entre outros aspectos da vida cotidiana. Esse monitoramento pode ser feito por meio de higrômetros, termômetros de bulbo úmido e seco, medidas de ponto de orvalho ou medidas diretas de vapor de água.

Termômetro e higrômetro em uma estação meteorológica. São Miguel Arcanjo (SP), 2023. Umidificadores e nebulizadores elétricos são recursos bastante utilizados para melhorar a qualidade do ar em dias muito secos. ESPAÇOS DE APRENDiZAGEM

• O vídeo demonstra uma técnica simples para criar um umidificador de ar caseiro usando materiais comuns. COMO fazer um umidificador de ar caseiro (experiência + dica doméstica). [S. l.: s. n.], 2013. 1 vídeo (6 min). Publicado pelo canal Manual do Mundo. Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=ujlE2n2YYH8. Acesso em: 8 out. 2024. • Neste vídeo, você encontra uma explicação sobre o funcionamento de umidificadores de ar, e por que são chamados de ultrassônicos. COMO funciona o umidificador de ar. [S. l.: s. n.], 2021. 1 vídeo (10 min). Publicado pelo canal Manual do Mundo. Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=v84Pa4XMzAI. Acesso em: 8 out. 2024.

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UNIDADE

A umidade relativa do ar é influenciada por diferentes fatores, como clima, vegetação, proximidade do mar, presença de rios e lagos, altitude, correntes de ar e estação do ano. No Brasil, a umidade varia bastante de acordo com a região do país. Os registros mais elevados se encontram na região amazônica, com destaque para Manaus e Belém, cujos índices estão frequentemente acima de 80%, e no litoral do Nordeste, com destaque para Salvador e Recife. Já os menores registros estão na região do Cerrado, onde estão as cidades de Brasília e Goiânia, as quais, anualmente, registram índices inferiores a 20%, e no semiárido nordestino, com destaque para o sertão da Paraíba e do Ceará, cujos índices frequentemente estão abaixo de 30%.

ELENA PIMUKOVA/SHUTTERSTOCK

.COM

ADRIANO KIRIHARA/PULSAR IMAGE

RUBENS CHAVES/PULSAR IMAGENS

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O nascer do sol visto da Serra do Rolador, em São Roque de Minas (MG), 2024. A fumaça observada é proveniente de incêndios florestais causados por clima seco e ação humana (A). Barco navegando sob nuvens de chuva na Baía do Guajará, em Belém (PA), 2019. Costuma-se dizer que em Belém há duas estações no ano: a de chuva e a de muita chuva (B).

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A interferência humana na atmosfera terrestre REfliTA

Não escreva no livro.

4 De que formas as atividades humanas podem interferir na atmosfera terrestre e alterar seu equilíbrio natural?

A atmosfera da Terra desempenha um importante papel na manutenção das condições que permitem a vida no planeta. Ela atua como uma camada protetora contra radiações solares nocivas e regula a temperatura por meio do efeito estufa, fenômeno essencial que mantém o equilíbrio térmico. A composição da atmosfera terrestre é fundamental para processos biológicos e químicos, como a fotossíntese e a respiração. Sem essa camada de gases, a Terra seria inabitável. Ao longo da história, no entanto, o ser humano tem causado impactos significativos na atmosfera, principalmente com o aumento da emissão de gases de efeito estufa pela queima de combustíveis fósseis e pelo desmatamento. Essas ações resultam em mudanças climáticas que ameaçam o equilíbrio natural da Terra. As consequências são observadas no derretimento das calotas polares, na elevação do nível dos mares, em eventos climáticos extremos e na perda de biodiversidade. Esse cenário ressalta a importância de ações sustentáveis para preservar a atmosfera e garantir um futuro equilibrado para as próximas gerações.

Poluição atmosférica A poluição atmosférica consiste nas alterações da atmosfera que podem causar danos ao ambiente e à saúde dos seres vivos. Essas alterações são consequência da contaminação do ar por gases, partículas sólidas ou líquidas, materiais biológicos e, até mesmo, energia, como o calor. Embora parte da poluição seja causada por substâncias liberadas naturalmente, como as provenientes de pântanos, rebanhos e vulcões, observa-se que as atividades humanas contribuem de forma significativa ao emitir partículas e substâncias estranhas na atmosfera. As mudanças causadas pela ação do ser humano são chamadas de fatores antropogênicos, que se intensificaram desde a Revolução Industrial. Um dos maiores responsáveis por esse aumento foi a queima de carvão para gerar calor e energia. A poluição atmosférica pode ter consequências desastrosas, como no caso ocorrido em Bhopal, na Índia, em 1984, quando uma fábrica de pesticidas liberou uma nuvem tóxica de isocianato de metila, resultando na morte de milhares de pessoas e deixando aproximadamente 120 mil intoxicadas ou com problemas graves de saúde. Entre os principais poluentes atmosféricos, destacam-se o dióxido de enxofre (SO2), o dióxido de nitrogênio (NO2), o monóxido de nitrogênio (NO) e o monóxido de carbono (CO). O dióxido de carbono (CO2), embora não seja considerado um poluente, tem sua liberação excessiva por atividades humanas associada ao aumento do efeito estufa.

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Efeito estufa Frequentemente, o efeito estufa é apontado como causa do aquecimento global. No entanto, a vida na Terra só é possível por causa desse fenômeno. Um dos gases presentes na atmosfera, o gás carbônico (CO2), consegue absorver e reemitir a radiação infravermelha emitida pela superfície terrestre. Quando a radiação solar atinge a Terra, parte dela é absorvida pela superfície, aquecendo o planeta, e outra parte é refletida de volta para o espaço na forma de radiação infravermelha (calor). Os gases de efeito estufa, como o CO2, absorvem essa radiação e, em vez de permitir que ela escape para o espaço, reemitem parte dela de volta para a superfície, mantendo a Terra mais quente do que estaria sem essa camada gasosa. Essa propriedade é a principal responsável pela manutenção da temperatura da superfície do planeta. Outras substâncias com propriedade similar são o metano, o óxido nitroso, o ozônio, os clorofluorcarbonos e a água. O dióxido de carbono presente na atmosfera está diretamente ligado à respiração dos seres vivos e à fotossíntese das plantas, etapas essenciais do ciclo do carbono na Terra. O problema ambiental relacionado ao efeito estufa surge da interferência humana nesse ciclo.

Torre de filtro de ar instalada em Indaiatuba (SP), 2020. Lançada no interior de São Paulo, essa torre construída por uma empresa alemã promete filtrar partículas com poluentes e devolver ar limpo para a cidade.

LEANDRO

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A Floresta Amazônica, maior biodiversidade do planeta, desempenha um papel importante no equilíbrio climático global. Sua preservação é essencial para a manutenção de ecossistemas vitais, o sequestro de carbono e a proteção de inúmeras espécies. Vista aérea do Parque Estadual Chandless, Manoel Urbano (AC), 2024.

ANDRE DIB/PULSAR IMAGENS

Durante milhões de anos, grandes quantidades de carbono ficaram armazenadas sob a superfície, em reservas de carvão, petróleo e gás natural, por exemplo. No entanto, nas últimas décadas, com o avanço industrial e tecnológico, a extração e a queima dessas reservas aumentaram a quantidade de CO2 na atmosfera, intensificando o efeito estufa e contribuindo para o aquecimento global. Embora muitos cientistas concordem que o aquecimento global seja causado pela ação humana, alguns acreditam que se trata de um fenômeno natural. O assunto é polêmico e, muitas vezes, visto como uma barreira ao desenvolvimento de países emergentes. Medidas para reduzir as emissões de CO2, como as estabelecidas no Protocolo de Kyoto em 1997 e no Acordo de Paris em 2015, buscam novas fontes de energia e maior proteção às florestas, essenciais para absorver parte desse gás na atmosfera.

A importância da camada de ozônio Assim como o efeito estufa, fala-se muito da camada de ozônio. Mas o que é essa camada, qual é sua importância e por que se fala tanto nela? Primeiro, é preciso saber o que é o ozônio. A molécula de ozônio, cuja fórmula é O3, é formada por ligações covalentes entre três átomos do elemento oxigênio. Apesar de ser constituído pelo mesmo elemento que a substância oxigênio (O2), o ozônio possui propriedades bem distintas. Ele ocorre naturalmente, mas, por ser uma substância instável, não é encontrado nas baixas camadas da atmosfera, como na troposfera, região onde vivem os seres humanos. Nessas camadas, é tóxico e pode causar danos à saúde.

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UNIDADE

Na estratosfera, região da atmosfera compreendida na faixa de 10 km a 50 km de distância da superfície terrestre, o ozônio absorve radiação ultravioleta e não deixa que a totalidade dos fótons de radiação ultravioleta chegue à troposfera. Esse tipo de radiação, emitido pelo Sol, pode ser prejudicial à saúde humana. A formação das moléculas de ozônio estratosférico geralmente ocorre quando há radiação ou descarga elétrica para quebrar as fortes ligações covalentes existentes na molécula de gás oxigênio (O2), separando seus dois átomos. Esses átomos de oxigênio, então, podem se rearranjar com outras moléculas de oxigênio para formar o ozônio (O3). A degradação dessas moléculas na estratosfera ocorre com a absorção de radiação ultravioleta e produz moléculas e átomos de oxigênio bastante reativos. Assim, a espessura da camada de ozônio pode variar ao longo dos meses e dos anos, pois é formada e decomposta a todo momento, configurando um equilíbrio dinâmico. Esse ciclo é muito importante para a vida na Terra, pois essas reações absorvem a maioria da radiação ultravioleta proveniente do Sol que chega ao planeta, diminuindo sua intensidade. Essa região da estratosfera em que há maior concentração de ozônio é denominada camada de ozônio.

Sol

Apresentaria vários efeitos prejudiciais (causa danos ao DNA), mas é completamente absorvida pela camada de ozônio e pelo oxigênio presente na atmosfera. Tem comprimento de onda entre 200 nm e 280 nm.

Cam

ad a d e

DESIGNUA/SHUTTERSTOCK.COM

Tipos de radiação ultravioleta

oz ô n i o

Apresenta vários efeitos prejudiciais (causa danos ao DNA e, portanto, está associada ao melanoma e a outros tipos de câncer de pele), mas a maior parte dela é absorvida pela camada de ozônio. Tem comprimento de onda entre 280 nm e 320 nm. Tem comprimento de onda muito próximo ao da luz visível (320 nm a 400 nm; violeta) e não é absorvida pela camada de ozônio.

A camada de ozônio não absorve a radiação UVA, mas protege a Terra da maior parte da radiação UVB e absorve completamente a radiação UVC (imagem sem escala; cores fantasia).

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FORMAÇÃO CiDADÃ

Protegendo a camada de ozônio As pesquisas científicas trazem benefícios para os propósitos aos quais são direcionadas, como foi o caso dos clorofluorcarbonetos (CFCs). Essas substâncias, formadas por átomos de cloro, flúor e carbono, surgiram como uma solução para problemas que envolviam gases altamente tóxicos e inflamáveis, como a amônia, o cloreto de metila e o dióxido de enxofre, usados em sistemas de refrigeração no início do século XX. Em 1928, o engenheiro químico estadunidense Thomas Midgley Jr. (1889-1944) liderou uma equipe que sintetizou o diclorodifluorometano, um tipo de CFC. Essa substância era quimicamente estável, não tóxica, não inflamável e apresentava excelentes propriedades refrigerantes. Em razão de sua estabilidade em condições normais, os CFCs passaram a ser amplamente utilizados, sendo considerados seguros por não reagirem facilmente com outras substâncias. Em 1974, o químico mexicano Mario José Molina Pasquel y Henríquez (1943-2020) e o químico estadunidense Frank Sherwood Rowland (1927-2012) publicaram os resultados de uma pesquisa que explicava como um grupo de substâncias, chamado clorofluormetanos, interrompe o ciclo do ozônio, provocando “buracos” na camada de ozônio. Mais tarde, verificou-se que um grupo mais abrangente de substâncias, os CFCs, também provocava danos à camada de ozônio. Esses dois químicos, juntamente do químico holandês Paul Jozef Crutzen (1933-2021), que também pesquisou o assunto, foram laureados com o Prêmio Nobel de Química em 1995.

Molécula de oxigênio (O2)

Elaborado com base em: MECANISMOS de destruição do ozônio. [Brasília, DF]: Protocolo de Montreal, 19 maio 2017. Disponível em: https://www. protocolodemontreal.org.br/site/ quem-somos/camada-de-ozonio/ mecanismos-de-destruicao-doozonio. Acesso em: 10 nov. 2024.

Representação do ciclo de destruição da camada de ozônio.

Átomo de cloro (Cl)

Ozônio (O3)

reação

ClO + O

Cl + O3

Átomo de oxigênio (O)

Monóxido de cloro (ClO)

Destruição da camada de ozônio

REPRODUÇÃO/ONU/IBAMA/GOVERNO FEDERAL

Ao serem liberados na atmosfera, os CFCs se acumulavam na estratosfera, onde a radiação ultravioleta os decompõe, liberando átomos de cloro, que, por sua vez, desencadeiam reações catalíticas que decompõe as moléculas de ozônio (O₃), comprometendo a camada de ozônio.

Molécula de oxigênio (O2)

Cl + O3 H ClO + O2 ClO + O H Cl + O2 Ligação química:

O + O3 H 2O2

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UNIDADE

Em resposta a essa ameaça global, foi criado o Protocolo de Montreal sobre substâncias que destroem a camada de ozônio, um tratado internacional que entrou em vigor em janeiro de 1989, com adesão de 197 Estados. O Brasil é um dos países signatários e, desde 1990, implementa políticas para controlar a importação e o uso de substâncias nocivas. Em 2002, o país aprovou o Plano Nacional de Eliminação de CFCs (PNC), que consistiu em uma série de ações para erradicar o consumo dessas substâncias. Apesar de os CFCs e outras substâncias similares terem sido praticamente banidas da indústria, seu uso durante anos causou muitos danos ao planeta. Além das iniciativas voltadas para a proteção da camada de ozônio, surgiram também outras medidas globais, como a criação do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC) pela Organização Meteorológica Mundial (OMM). Motivado pelas crescentes preocupações com o aquecimento global, o IPCC elaborou, em 2005, um relatório especial que destaca a importância de ações conjuntas para enfrentar esses desafios ambientais. AT¡v¡DaDeS

Não escreva no livro.

1. Faça uma pesquisa em sites confiáveis e indique quais eram as principais aplicações dos CFCs. 2. Pesquise em sites confiáveis e localize informações sobre as substâncias que substituíram os CFCs e suas propriedades.

3. Elabore um pequeno texto sobre a importância das ações que unem diversos países para proteger É fundamental que a Ciência desenvolva tecnologias para conservar o planeta.

IXPERTSHUTTERSTOCK.COM

o ambiente, como, por exemplo, o IPCC.

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ESPAÇOS DE APRENDiZAGEM

• Este artigo discute as ações que permitiram a recuperação da camada de ozônio e explora o que esses esforços podem nos ensinar sobre o combate ao aquecimento global. CAPPA, Daniel G. Como recuperamos a camada de ozônio – e o que isso nos ensina para o combate ao aquecimento global. BBC News Brasil, [s. l.], 29 out. 2021. Disponível em: https://www.bbc.com/portuguese/geral59053884. Acesso em: 8 out. 2024. • Neste site, você encontra informações sobre a legislação brasileira a respeito da redução de emissão de CFCs e de proteção da camada de ozônio. BRASIL. Ministério do Meio Ambiente e Mudança do Clima. Proteção à Camada de Ozônio. Brasília, DF: MMA, 2024. Disponível em: https://www.gov.br/mma/pt-br/assuntos/mudanca-do-clima/ozonio. Acesso em: 8 out. 2024.

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1. Um balão de borracha flexível contém uma quantidade de gás

hélio que ocupa 5 litros. Esse balão é solto em uma região onde a pressão atmosférica é igual a 100 kPa. Considerando que a temperatura é constante e desprezando a resistência à dilatação da borracha, responda aos itens a seguir. a) Qual será o volume do balão no Pico da Neblina (altitude de 2 995 m), considerando que a pressão atmosférica no local é de aproximadamente 70 kPa?

ALEX SYU/SHUTTERSTOCK.COM

AT¡v¡DaDeS

b) Se o balão pode ser dilatado até 40 L de volume, qual será a pressão quando o balão estourar?

2. Certa quantidade de gás apresenta volume igual a 100 L quando está à temperatura de 20 °C ao nível

3. Um frasco com compota doce recém-preparado é fechado

contendo certo volume de ar à temperatura de 40 °C, em uma pressão de 98 000 Pa. Depois de resfriado o conteúdo, o frasco é guardado na geladeira. Sabendo que o frasco não se deformará, qual será a pressão quando o sistema alcançar o equilíbrio térmico e a temperatura da geladeira for igual 4 °C?

KANUNI_10TR/SHUTTERSTOCK.COM

do mar. Considerando a mesma pressão, calcule o volume dessa quantidade de gás nas temperaturas de fusão e de ebulição da água. Lembre-se de que, na lei Charles e Gay-Lussac, T é a temperatura termodinâmica cuja unidade de medida é o kelvin.

4. Você recebeu a tarefa de ensinar a teoria cinética dos gases a um colega mais novo. Para isso, elabore

uma história e descreva uma viagem imaginária ao mundo das partículas gasosas a bordo de uma nave com tamanho um pouco maior que elas. Procure descrever as partículas gasosas de acordo com a teoria cinética dos gases. Faça desenhos para ilustrar o texto, sobretudo os princípios da teoria.

5. Converse com as pessoas do lugar onde você mora e busque saber se alguma delas tem problemas

respiratórios. Descubra se elas associam esses problemas a condições da atmosfera local e investigue se há substâncias nessa atmosfera que poderiam causar danos à saúde delas. Pesquise maneiras de resolvê-los ou amenizá-los.

6. Pesquise sites que informam as condições do tempo e descubra como é a umidade relativa do ar na cidade onde mora. Se ela for caracteristicamente baixa, descubra quais são as implicações e como é possível aumentá-la. Se ela for caracteristicamente alta, descubra quais são as implicações e como pode ser diminuída. Compartilhe suas descobertas com o professor e os colegas.

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A mudança de cor pode ser um indicativo da ocorrência de uma transformação química, como no caso da formação do tiocianato de ferro(III), conhecido como sangue falso. Esse produto é utilizado para simular o sangue em produções artísticas. REfliTA

Não escreva no livro.

1 Como você des-

Aspectos qualitativos em reações químicas Respostas e comentários deste Tema estão disponíveis nas Orientações para o professor.

Ao longo da história, o estudo das reações químicas evoluiu com base na observação de fenômenos cotidianos, como o fogo e a corrosão dos metais. Esses processos despertaram a curiosidade de alquimistas e cientistas, que começaram a investigar como e por que esses fenômenos ocorriam (os alquimistas sem as metodologias sistemáticas dos cientistas, como estudado em Temas anteriores). Enquanto o enfoque quantitativo se concentra nas proporções exatas de reagentes e produtos, que será objeto de estudo do próximo Tema, os aspectos qualitativos das reações fornecem uma compreensão mais ampla e acessível do que acontece durante uma transformação química. O enfoque quantitativo também contribui para o desenvolvimento de soluções para problemas do dia a dia, seja no contexto pessoal, seja no profissional. Conhecer as reações químicas possibilitou o desenvolvimento de inúmeros materiais importantes para a sociedade, como vidros, cerâmicas, corantes, medicamentos e muitos outros.

Classificando as reações químicas As reações químicas podem ser classificadas de diversas maneiras, facilitando a compreensão dos processos de transformação da matéria. Esse estudo permite identificar padrões e prever o comportamento de substâncias em diferentes condições.

O tempo de reação Em relação ao tempo reacional, podemos classificar as reações químicas, de forma simples, em rápidas e lentas. Como exemplo de reação rápida, pode-se citar o acionamento dos airbags dos automóveis. Nesse processo, ocorre a formação de gás nitrogênio, que preenche a bolsa de ar, inflando-a. Para que o dispositivo seja eficiente, esse enchimento deve ser muito rápido, o que significa que as reações devem ocorrer em menos de 40 milissegundos, fazendo com que a bolsa fique completamente cheia, atue como uma almofada e absorva o impacto das pessoas contra as áreas de dentro do veículo.

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creveria a queima de um pedaço de papel?

UNIDADE

TEMA

Simulação de acionamento de um airbag.

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Objetos de ferro estão sujeitos ao enferrujamento e precisam de manutenção adequada para que não estraguem.

AlGO A

O naufrágio do Erika O naufrágio do navio petroleiro maltês Erika em dezembro de 1999, na costa oeste da França, causou um dos piores desastres ambientais da Europa. Transportando 31 mil toneladas de óleo combustível pesado, o navio enfrentou uma forte tempestade que resultou em sua divisão ao meio, despejando cerca de 20 mil toneladas de petróleo no mar. Esse derramamento causou a morte de milhares de aves marinhas e a poluição de mais de 400 km da costa francesa, além de impactos duradouros na fauna e flora locais.

Registro do naufrágio do navio petroleiro Erika na França, em 1999.

ANDIA/ALAMY/FOTOARENA

JUAN NEL/SHUTTERSTOCK.COM

Um exemplo de reação lenta é a formação da ferrugem, que ocorre em diferentes etapas. A duração dessas etapas varia de acordo com as condições do meio em que se encontra o objeto de ferro. Um componente essencial para que a reação ocorra é a água, na forma de umidade do ar, por exemplo. Por isso, é mais comum encontrar objetos enferrujados em locais muito úmidos, como em regiões litorâneas.

Uma das principais causas do naufrágio foi a corrosão das placas de aço que compunham o casco do navio. Investigações posteriores revelaram que o Erika apresentava áreas significativamente enfraquecidas pela ferrugem, um processo natural de degradação do metal em contato com o ambiente marinho, acelerado pela exposição ao sal e à umidade. A ferrugem corroeu partes críticas da estrutura do navio, comprometendo sua integridade e contribuindo diretamente para o rompimento do casco sob condições adversas. O incidente levantou preocupações sobre a manutenção e a fiscalização de embarcações mais antigas, levando a mudanças na regulamentação marítima na União Europeia, especialmente no que diz respeito ao transporte de substâncias perigosas.

Uma reação química é chamada espontânea se ocorre sem que haja um agente externo atuando sobre o sistema, como a energia elétrica ou uma fonte de calor. Assim que uma reação química espontânea inicia, ela continua até que os reagentes, ou um deles, sejam totalmente consumidos. Um exemplo de reação espontânea é a oxidação das frutas. Quando se expõe uma maçã cortada ao ar, por exemplo, ela começa a escurecer por causa de uma reação química entre as substâncias presentes na fruta e o oxigênio do ar. O escurecimento das frutas ocorre por causa de reações químicas espontâneas.

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A espontaneidade

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Já uma reação química não espontânea é aquela que não ocorre sem que haja um agente externo atuando sobre o sistema. Para que essa reação aconteça, é necessário fornecer energia de forma contínua. Se o fornecimento de energia for interrompido, a reação para de ocorrer. Um exemplo de reação não espontânea é carregar baterias de celular. A corrente elétrica fornecida pelo carregador provoca reações que restabelecem a carga da bateria. Se a corrente elétrica for interrompida, as reações deixam de acontecer. É importante ressaltar que a espontaneidade de uma reação está relacionada às condições do meio, que envolvem, por exemplo, temperatura e pressão, e a alguns conceitos termodinâmicos, como energia livre, entalpia e entropia. Neste livro, o conceito de entalpia será abordado O carregamento de baterias de celular é um em Tema posterior. exemplo de reação química não espontânea. Evite utilizar o aparelho enquanto ele carrega, pois pode diminuir a vida útil da bateria.

UNIDADE

IZMARGAD/ SHUTTERSTOCK.COM

A variação de energia na forma de calor

Quando uma reação química libera calor, ela é denominada exotérmica; quando absorve calor, é chamada endotérmica. Apesar de todas as reações químicas envolverem variação de energia na forma de calor, seja por absorção ou por liberação, a percepção desse aspecto é mais fácil em algumas reações. Por exemplo, reações de combustão tendem a ser muito exotérmicas, como a reação de combustão do etanol, da gasolina ou da dinamite. A liberação de energia nesses casos é facilmente perceptível por causa do fogo, da fumaça e/ou da explosão gerada. Já as reações endotérmicas, como as que ocorrem durante o processo de fotossíntese, em que há energia absorvida proveniente da luz solar, necessitam de instrumentos de análise mais sofisticados para serem percebidas.

MARCOS AMEND/PULSAR IMAGENS

Fumaça causada por incêndios florestais no Parque Estadual Encontro das Águas. Poconé (MT), 2023. É possível apontar a ocorrência de vários tipos de reação nessa imagem, como a combustão da madeira (exotérmica) e a fotossíntese das plantas (endotérmica). No entanto, apenas a combustão é, de fato, perceptível.

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THAMKC/SHUT

TERSTOCK.COM

A reversibilidade

TURTLE ROCK SCIENTIFIC/SCIENCE SOURCE/FOTOARENA

Comprimido efervescente de vitamina C em reação com a água. O resultado é a formação de gás carbônico.

Quando as reações químicas foram abordadas, mencionou-se que elas são representadas por equações em que reagentes e produtos são separados por uma seta indicativa do sentido de reação. Reações químicas em que os reagentes formam produtos e a reação se encerra, ou seja, reações cujos produtos não reagem para formar reagentes novamente, são denominadas irreversíveis. Elas podem ocorrer em situações em que o produto formado é removido do sistema, por exemplo, quando o sistema é aberto e pelo menos um dos produtos é um gás. Um exemplo em que ocorre reação química irreversível é a interação de comprimidos efervescentes com a água, que resulta em liberação de gás carbônico (observável na forma de bolhas). Como o comprimido é geralmente adicionada à água em um copo aberto, o gás escapa para a atmosfera e não permanece no sistema. No entanto, em alguns casos, os produtos podem reagir entre si, produzindo novamente os reagentes. Nessas situações, a reação não ocorre em processos intercalados ou sequenciais, mas de forma simultânea. Por isso, essas reações químicas são chamadas reversíveis. Um exemplo é a reação em que o dióxido de nitrogênio (NO2), gás de cor castanho-avermelhada, é convertido em tetróxido de dinitrogênio (N2O4), gás incolor. Se o NO2 for armazenado em um frasco fechado, será possível observar uma lenta descoloração por causa da transformação de parte desse gás em N2O4. Por meio da alteração da pressão do sistema, é possível converter o produto novamente em reagente, e logo a coloração castanho-avermelhada reaparece.

Na reação reversível entre NO2 e N2O4, quanto mais acastanhada estiver a mistura, maior é a proporção de NO2; e quanto mais clara, maior é a proporção de N2O4.

Evidências de reações químicas REfliTA

Não escreva no livro.

2 Ao misturar dois materiais, como saber se eles reagiram ou simplesmente se misturaram?

Ao misturar materiais e/ou substâncias, reações químicas podem ocorrer, resultando na formação de novas substâncias. Em muitos casos, a ocorrência pode ser percebida por uma evidência física, como mudança de cor ou de temperatura. Geralmente, muitas evidências podem ser percebidas, mas, para facilitar o estudo, elas serão analisadas separadamente. É importante ressaltar que, em laboratórios, as evidências de uma reação são verificadas por meio de medições sistematizadas, e não pelos órgãos dos sentidos.

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Mudança de cor

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Muitas reações químicas são perceptíveis em razão da mudança de cor. É assim que funcionam, por exemplo, alguns modelos de bafômetro, um aparelho usado para verificar se houve consumo de álcool por motoristas acima do limite permitido por lei. Quando se consome bebida alcoólica, o etanol fica presente na corrente sanguínea e é exalado pelo pulmão. Ao soprar o bafômetro, o álcool presente no pulmão reage com uma substância chamada dicromato de potássio (K2Cr2O7), que apresenta cor alaranjada, produzindo o íon cromo(III) (Cr3+), de tom esverdeado. A mudança de cor do sistema, de alaranjado para esverdeado, indica que houve ingestão de álcool pelo motorista.

A liberação de gás em uma reação química pode ser verificada direta ou indiretamente. No caso de comprimidos efervescentes colocados em água, por exemplo, a liberação de gases é perceptível por causa da formação de bolhas. Já na fabricação de pães e bolos, a liberação de gás, que ocorre como consequência da ação do fermento sobre os açúcares, pode ser percebida pelo aumento de volume da massa, que retém parte do gás liberado em seu interior. As cavidades internas dos pães são formadas porque há liberação de gás no interior da massa. ELENA ZAJCHIKOV/SHUTTERSTOCK.COM

IDEA _PHOTO/SHUTTERSTOCK.COM

Liberação de gás

Bafômetros descartáveis. A presença de álcool é indicada pela mudança da cor do sistema para verde (como mostrado no segundo dispositivo).

O preparo de pães e bolos, em geral, necessita de fermento.

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Emissão de luz

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A emissão de luz em uma reação química depende das propriedades das substâncias reagentes; logo, nem todas as reações emitem luz. Um exemplo comum são as reações de combustão que produzem fogo, como a que ocorre ao se acender o pavio de uma vela. Outro exemplo envolve uma substância chamada luminol, que permite identificar pequenas quantidades de ferro presentes na hemoglobina do sangue. O luminol reage com o ferro em uma reação de quimioluminescência, isto é, em uma reação na qual a energia é liberada na forma de luz. Essa substância, de grande utilidade para a polícia científica, é aplicada em superfícies suspeitas para revelar manchas de sangue invisíveis a olho nu, pois a luz emitida na reação torna o sangue visível, mesmo em pequenas quantidades ou após tentativas de limpeza.

Substâncias quimioluminescentes, como o luminol, produzem luz em reações químicas específicas.

LIBRARY/FOTOARENA MARTYN F. CHILLMAID/SCIENCE PHOTO

Mudanças de temperatura Reações de combustão que liberam muito calor, como a que ocorre nas bocas dos fogões, por exemplo, são processos químicos em que a mudança de temperatura é facilmente perceptível. Entretanto, utilizar apenas os sentidos para confirmar a variação de temperatura em uma reação química pode não ser confiável. Por isso, é comum a utilização do termômetro no preparo de alimentos, por exemplo.

A reação entre o carbonato de sódio (Na2CO3) e o ácido etanoico (CH3COOH) resulta em uma diminuição da temperatura do sistema.

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Formação de sólidos Em laboratórios de Química, é comum misturar duas soluções e observar a formação de partículas que se depositam no fundo do recipiente. Esse processo, denominado reação de precipitação, ocorre porque os íons presentes nas soluções formam uma nova substância insolúvel no solvente que compõe as soluções.

UNIDADE

CATRIN1309/SHUTTERSTOCK.COM

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Tratamento de piscinas Para aproveitar um momento de descanso, nadar em uma piscina com água limpa e transparente pode ser uma boa escolha. Mas, para a limpeza adequada da água da piscina, é necessário o uso de produtos químicos. Entre diversas substâncias utilizadas no processo de limpeza e manutenção, o sulfato de alumínio atua na precipitação de sólidos em suspensão na água. Quando adicionado à piscina, o sulfato de alumínio se dissolve, liberando íons de alumínio (Al3+), que reagem com as impurezas da água, especialmente partículas finas de sujeira, óleos e matéria orgânica, que são muito pequenas para serem filtradas. Esses íons de alumínio neutralizam as cargas elétricas das partículas suspensas, fazendo com que elas se aglomerem em partículas maiores chamadas flocos. Esses flocos são mais pesados do que a água e, por isso, se acumulam no fundo da piscina. Após esse processo, os flocos podem ser removidos por aspiração (sucção) ou pela filtração.

Formação de substâncias odorantes O olfato é um dos sentidos utilizados para a percepção do mundo, e o cheiro é a interpretação que o cérebro faz da interação entre moléculas carregadas pelo ar e os receptores presentes no nariz. Ao assar um alimento na churrasqueira, por exemplo, expondo-o ao calor da queima do carvão, obtém-se o churrasco como resultado de transformações químicas. Nesse caso, verificam-se várias evidências dessas transformações, como a mudança de cor, da textura e do gosto do alimento. Nota-se também um cheiro marcante, causado pelas moléculas liberadas no cozimento desses alimentos. O ácido sulfídrico (H2S) é uma substância perceptível quando formada, pois apresenta odor característico, semelhante ao de ovo podre.

AT¡v¡DaDeS

Não escreva no livro.

1. Liste pelo menos cinco transformações que você observa em situações do dia a dia e proponha evidências

que as caracterizem como reações químicas. Compare suas explicações com as dos colegas que citaram as mesmas reações químicas que você e, se houver divergência, faça como cientistas: debatam o assunto apresentando argumentos que reforcem as posições de cada um e que contestem as posições contrárias.

2. Para conferir mais gosto e aroma a alimentos industrializados, a indústria alimentícia utiliza substâncias químicas denominadas flavorizantes. Pesquise a respeito dos aromas que as seguintes substâncias conferem aos alimentos: acetato de amila, butanoato de etila, etanoato de butila e benzoato de metila.

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TEMA

Aspectos quantitativos das reações químicas Respostas e comentários deste Tema estão disponíveis nas Orientações para o professor.

A lei da conservação das massas, proposta de modo independente por Lomonosov e Lavoisier, inaugurou uma nova maneira de entender e explicar as transformações químicas, baseada não apenas na observação de aspectos qualitativos mas também na análise de aspectos quantitativos. Essa abordagem possibilita quantificar os processos por meio do cálculo da quantidade necessária de reagentes para as reações ocorrerem e da quantidade de produtos gerados. Como nem todo processo ocorre com máxima eficiência, também é possível calcular o rendimento das reações e identificar os reagentes limitantes. Além disso, com esse tipo de análise, houve a necessidade de desenvolver uma linguagem específica que facilitasse a interpretação e a descrição das transformações químicas com precisão. Essa linguagem foi aprimorada ao longo do tempo. Hoje, ela é padronizada mundialmente, facilitando a interlocução entre a comunidade científica em congressos, artigos, materiais de divulgação e ambientes educacionais, por exemplo.

Para que um foguete decole, é necessário determinar a quantidade exata de combustível (reagente) necessária para gerar uma quantidade específica de produtos (gases) e energia. O cálculo das massas ou dos volumes dos reagentes necessários e da quantidade de gases gerados pode ser feito com base na proporção das substâncias envolvidas na reação, como o gás oxigênio e o combustível (por exemplo, hidrazina ou querosene). Decolagem do ônibus espacial Endeavour da Nasa, Flórida (EUA), 2011.

Representação das reações químicas Como estudado anteriormente, a representação das reações químicas é feita por equações químicas. Elas apresentam três elementos principais: os reagentes, uma seta de reação e os produtos. REfliTA

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1 Qual é a importância

das equações químicas para a Química?

Os reagentes devem ser colocados à esquerda da seta. Se houver mais de um reagente, deve haver um sinal de adição (+) entre cada um deles.

Reagentes

Produtos

Seta simples que indica a reação. Outros tipos de seta podem ser utilizados, mas apenas em situações específicas.

Os produtos devem ser colocados à direita da seta. Se houver mais de um produto, deve haver um sinal de adição (+) entre cada um deles.

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11/11/2024 18:30

UNIDADE

ALEX SILVA

Uma equação química pode usar diferentes simbologias para representar reagentes e produtos, como o nome de cada substância escrito por extenso, fórmulas químicas ou representações estruturais dos mais variados tipos. Para exemplificar, acompanhe a representação da combustão do etanol, que reage com o gás oxigênio para formar gás carbônico e água. Etanol

Gás oxigênio

1 CH6O(l)

3 O2(g)

H Gás carbônico +

Água

3H2O(g)

2 CO2(g)

Diferentes maneiras de se representar uma reação química. Na representação tridimensional, as esferas pretas correspondem a átomos de carbono; as vermelhas, de oxigênio e as brancas, de hidrogênio (imagem sem escala; cores fantasia).

Note que todas as representações seguem o mesmo padrão estabelecido para a equação química, isto é, reagentes, seta, produtos. As esferas pretas representam os átomos de carbono; as esferas brancas, os átomos de hidrogênio; e as esferas vermelhas, os átomos de oxigênio. O destaque indica a forma mais usual entre os químicos, a qual é encontrada com mais frequência. Agora, acompanhe os símbolos presentes na representação por fórmulas químicas. É importante frisar que as cores são apenas um recurso didático, e não um padrão nas equações químicas. 1 C2H6O(l) + 3 O2(g) H 2 CO2(g) + 3 H2O(g) As letras e os números em preto compõem, juntos, a fórmula química. As letras informam quais são os átomos existentes, e os números, chamados índices, indicam a quantidade de cada um deles. A molécula de etanol, por exemplo, é formada por 2 átomos de carbono, 6 de hidrogênio e 1 de oxigênio. Por convenção, o número 1 pode ser omitido da fórmula. Os estados físicos de cada entidade elementar, em vermelho, são representados por letras entre parênteses. Eles são escritos no mesmo nível das fórmulas, e não subscritos: (s) = sólido, (l) = líquido e (g) = gasoso. Além disso, escreve-se (aq) para entidades elementares em solução aquosa, como moléculas e íons dissolvidos em água. Sobre a seta de reação ou sob ela, podem aparecer símbolos ou palavras que indicam as condições necessárias para que a reação ocorra. • D – A reação necessita de calor para ocorrer. • Luz – A reação ocorre na presença de luz. – A reação ocorre se houver descarga elétrica. • Cat. – A reação ocorre na presença de um catalisador. •

Para processos reversíveis, a reação pode ser representada por uma seta dupla, ê, que substitui a seta simples e indica que a reação ocorre em ambos os sentidos da equação química.

BEST VECTOR ELEMENTS/SHUTTERSTOCK.COM

Os coeficientes estequiométricos, em verde, são os números à frente das fórmulas e indicam a proporção de cada entidade elementar (átomos, moléculas ou fórmulas mínimas) que participa da reação. Eles podem ser interpretados como quantidade de entidade elementar ou quantidade de matéria (mol). Desse modo, a equação pode ser lida assim: 1 molécula de etanol reage com 3 moléculas de gás oxigênio, formando 2 moléculas de gás carbônico e 3 moléculas de água; ou 1 mol de etanol reage com 3 mol de gás oxigênio, formando 2 mol de gás carbônico e 3 mol de água.

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Estequiometria REfliTA

Não escreva no livro.

2 Como você representaria a lei de Lavoisier em uma equação química?

O termo estequiometria foi criado em 1792 pelo químico e matemático alemão Jeremias Benjamin Richter (1762-1807), aluno do filósofo Immanuel Kant (1724-1804), na época em que as discussões sobre as leis ponderais ainda estavam em curso. A origem da palavra vem do grego stoikheion, que significa “elemento”, sendo estequiometria, portanto, a “medida de elementos”.

Balanceamento de equações químicas Uma das maneiras de se fazer estequiometria, isto é, de realizar medidas de substâncias, é balancear as equações químicas. De acordo com a lei da conservação das massas, não há perda de massa em uma reação química, desde que ela ocorra em um sistema fechado. Logo, pode-se afirmar que os átomos presentes na reação, como reagentes, devem ser iguais aos átomos presentes nos produtos. Para garantir que a reação química esteja de acordo com essa lei, ajustam-se os coeficientes estequiométricos da equação com o objetivo de balancear as quantidades das substâncias que participam da reação. Considere, como exemplo, a combustão do metano (CH4), um gás natural liberado na exploração de jazidas de petróleo e de carvão mineral, também produzido por atividades humanas, como a agricultura e a pecuária. Uma simples faísca pode fazer com que o metano reaja com o gás oxigênio do ar, produzindo gás carbônico e água. Para reduzir o risco de explosões causadas por acúmulo de gás, o metano é muitas vezes queimado durante o processo de extração e refino do petróleo. Plataforma de extração de petróleo, no Texas (EUA), 2024.

H AL

ET T BERG US/G MAN/IS S PL TOCK/GETTY IMAGE

S GE MA

ALEX SILVA

Na equação não balanceada a seguir, as esferas pretas representam os átomos de carbono; as esferas brancas, os átomos de hidrogênio; e as esferas vermelhas, os átomos de oxigênio.

CH4(g)

O2(g)

CO2(g)

H2O(g)

Reação não balanceada de combustão do metano (imagem sem escala; cores fantasia). A análise da equação mostra que a quantidade de átomos dos reagentes não é igual à quantidade de átomos dos produtos. Note que há 4 átomos de hidrogênio nos reagentes, mas apenas 2 nos produtos. Pela lei da conservação das massas, essa quantidade deveria ser a mesma. Para ajustar isso, pode-se realizar os seguintes passos.

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ALEX SILVA

Escolha um elemento químico que apareça apenas uma vez de cada lado da equação e faça o ajuste dos coeficientes estequiométricos de cada substância para que o elemento apareça em quantidades iguais como reagente e como produto. Exemplo: na equação de combustão do metano, foi escolhido o hidrogênio. Como há 4 átomos de hidrogênio nos reagentes, multiplica-se a fórmula da água por 2, para que também haja 4 átomos dele nos produtos. 1 CH4(g) + O2 H CO2(g) + 2 H2O(l) 1?4=2?2

Acerte os coeficientes dos demais elementos químicos, dando preferência aos que já estiverem balanceados de um lado. Exemplo: o carbono nos reagentes já está balanceado (já recebeu seu coeficiente); logo, deve-se ajustar o coeficiente estequiométrico do carbono nos produtos. Lembre-se, o número 1 pode ser omitido dos índices nas fórmulas químicas. 1 CH4(g) + O2 H 1 CO2(g) + 2 H2O(l)

Repita o passo 2 até que a equação esteja completamente balanceada. Exemplo: como o oxigênio aparece nas duas moléculas dos produtos, é preciso somar os átomos presentes nelas para que seja possível ajustar a quantidade exata desse elemento na posição de reagente. Como aparecem 4 átomos de oxigênio nos produtos, multiplica-se o O2 por 2 para que a equação fique com 4 átomos de oxigênio nos reagentes e nos produtos. 1 CH4(g) + 2 O2 H 1 CO2(g) + 2 H2O1(l) 2 ? 2 = (1 ? 2) + (2 ? 1)

Para finalizar, confira a equação e se certifique de que a lei da conservação das massas está sendo respeitada.

1 CH4(g)

2 O2(g)

1 CO2(g)

2 H2O(g)

Ao final do balanceamento, os coeficientes estequiométricos iguais a 1, como no caso dos índices, também podem ser omitidos.

UNIDADE

Reação balanceada de combustão do metano. Na representação tridimensional, as esferas pretas correspondem a átomos de carbono, as vermelhas, a átomos de oxigênio e as brancas, a átomos de hidrogênio (imagem sem escala; cores fantasia).

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Cálculo das quantidades de reagentes nas reações Para fazer um bolo, é necessário seguir uma receita, na qual se especificam as quantidades de cada ingrediente que deverá ser misturado. Os processos de produção industrial ocorrem da mesma maneira, pois é necessário considerar as quantidades dos reagentes de modo que a eficiência seja a maior possível, a fim de evitar desperdícios de matéria-prima e reduzir custos. Por meio de cálculos estequiométricos, pode-se calcular quais deverão ser as massas dos reagentes e dos produtos de uma reação. Para isso, deve-se conhecer a massa utilizada de ao menos uma das substâncias envolvidas, a equação química balanceada da reação e os valores das massas molares. Na obtenção de metais a partir de seus minérios, por exemplo, é fundamental prever a quantidade exata de reagentes necessários para realizar o processo. Considere a reação de obtenção do ferro a partir de hematita (Fe2O3). Como saber qual é a quantidade de carvão (material feito basicamente de carbono e representado pelo símbolo do elemento químico, C) necessária para reagir com um 1 kg de hematita? Fe2O3(s) + 3 C(s) H 2 Fe(s) + 3 CO(g) Utilizando as massas relacionadas na tabela periódica, pode-se calcular a massa molar de cada componente da reação química.

Massas molares de algumas substâncias

.CO

Substância

Massa molar

Hematita (Fe2O3)

(2 ? 55,85 g/mol + 3 ? 16,00 g/mol) = 159,70 g/mol

Carvão (C)

12,01 g/mol

Ferro (Fe)

55,85 g/mol

Monóxido de carbono (CO)

(12,01 g/mol + 16,00 g/mol) = 28,01 g/mol

Hematita.

3 mol de C 1 mol de Fe2O3 3 ? 12,01 g/mol 1 ? 159,70 g/mol x 1 000 g x 1 225,61 g Assim, para reagir com 1 kg de hematita, são necessários 225,61 g de carvão.

ANDRE DIB/PULSAR IMAGENS

O cálculo da massa de carvão necessária é feito considerando-se os coeficientes estequiométricos presentes na equação química balanceada, no caso, 3 para o carvão e 1 para a hematita.

Local de mineração de ferro, em Nova Lima (MG), 2023.

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Rendimento de reações químicas Um rendimento de 100% significa que toda a matéria reagente se tornou produto. Entretanto, dificilmente o resultado prático de uma reação química é igual ao resultado teórico. A maioria dos processos químicos apresentam, portanto, rendimentos inferiores a 100%, ou seja, nem toda a matéria reagente se transforma em produto. Seguindo o exemplo anterior, considere que, a partir de 1 kg de hematita, obteve-se 600,00 g de ferro. Como calcular o rendimento desse processo, ou seja, a proporção entre a massa obtida e a massa teoricamente esperada? Primeiramente, calcula-se a massa de ferro esperada, denominada massa teórica.

UNIDADE

2 mol de Fe 1 mol de Fe2O3 2 ? 55,85 g/mol 1 ? 159,70 g/mol x 1 000 g x 1 699,44 g Em seguida, calcula-se o rendimento, dividindo a massa obtida pela massa teórica e multiplicando o resultado por 100, para que se possa ter um valor em porcentagem. Rendimento =

massa obtida ? 100 massa esperada

Rendimento =

600,00 g ? Fe ? 100 = 85,78% 699,44 g ? Fe2O3

Reagente limitante Quando os reagentes são usados em quantidades exatamente previstas pelos coeficientes estequiométricos da reação, o resultado é, em teoria, uma reação balanceada em que não há sobra de nenhum dos reagentes utilizados. No entanto, por diversos motivos, pode haver situações nas quais um dos reagentes se encontra em uma quantidade diferente da prevista pelos cálculos estequiométricos. Nesse caso, denomina-se o reagente que é totalmente consumido de reagente limitante. Como a reação depende de todos os reagentes, quando um deles acaba, o processo reacional é interrompido. Já os reagentes que sobram no sistema, sem reagir, são denominados reagentes em excesso. Para entender melhor, considere novamente a reação de obtenção de ferro a partir da hematita. Ela tem uma proporção de 1 mol de hematita para cada 3 mol de carvão. Se um processo for realizado com uma quantidade menor do que 1 mol de hematita e com 3 mol de carvão, nem todo o carvão reagirá. Assim, nesse contexto, a hematita será considerada o reagente limitante, e o carvão, o reagente em excesso.

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FORMAÇÃO CiDADÃ

Antibióticos e reagentes limitantes Antibióticos são substâncias utilizadas no tratamento de infecções bacterianas. Esses medicamentos devem ser administrados seguindo instruções médicas, pois o uso incorreto deles pode causar sérios problemas. Os três erros cometidos com maior frequência são: uso desnecessário para tratar infecções não bacterianas; uso de doses menores do que a necessária; e uso por tempo menor do que o prescrito pelo médico. Embora nos processos biológicos os mecanismos sejam mais complexos do que os envolvidos nas reações químicas individuais, os dois últimos erros citados podem ser analisados levando-se em conta o conceito de reagente limitante. Nesses casos, as bactérias que não são eliminadas (como se fossem o reagente em excesso de uma reação química) continuam vivas e multiplicam-se, fazendo com que os sintomas voltem a aparecer. Em alguns casos, isso faz com que as bactérias desenvolvam alguma resistência ao medicamento.

AT¡v¡DaDeS

CNRI/SCIENCE PHOTO LIBRARY/FOTOARENA

Por isso, é fundamental não utilizar antibióticos sem indicação médica, usar a dose correta e nos horários determinados e não parar o tratamento antes do recomendado, mesmo que os sintomas já tenham desaparecido.

Não escreva no livro.

1. Como o conceito de reagente limitante se aplica ao uso inadequado de antibióticos e quais são as consequências para a saúde pública quando esse erro ocorre com frequência?

2. De que modo o uso incorreto de antibióticos pode afetar não apenas o indivíduo que faz

o tratamento mas também a comunidade em que ele vive? Como a escola pode atuar na prevenção desse problema?

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UNIDADE

AlGO A CHICO FERREIRA/PULSAR IMAGENS

Otimização de resultados em processos O principal minério de ferro extraído no Brasil, a hematita, é constituído de aproximadamente 60% em massa de ferro, sendo formado basicamente por óxido de ferro(III) (Fe2O3). Os outros 40% do minério são impurezas. Após o processo de extração, o minério de ferro é transformado em ferro metálico, Fe(s), por meio de diversos procedimentos reacionais. Todos eles envolvem o aquecimento do minério a altas temperaturas no chamado alto-forno, na presença de carbono. As reações que ocorrem são complexas.

Alto-forno siderúrgico. Ipatinga (MG), 2018.

Uma característica do processo é que o Fe2O3 reage inicialmente com monóxido de carbono (CO), que é formado na parte superior do alto-forno, região em que o gás oxigênio está presente em pequena quantidade. Por isso, é importante que, nesse sistema, a quantidade de O2 seja bem controlada. No ferro produzido nesses processos, geralmente, encontra-se uma quantidade considerável de carbono (cerca de 4% em massa), o que não é muito vantajoso, uma vez que o principal uso do ferro se dá na produção de aço – liga metálica composta, principalmente, de ferro e de um teor muito menor de carbono. De maneira geral, os processos que envolvem a extração de metais de matéria-prima natural (minérios) necessitam de controle rigoroso das quantidades de reagentes utilizadas, para garantir que o rendimento final seja o mais próximo possível dos 100%, mantendo a qualidade e minimizando desperdícios.

AT¡v¡DaDeS

Não escreva no livro.

1. Escreva, no caderno, a equação química para as reações descritas a seguir. • Gás oxigênio reage com ferro formando óxido de ferro (Fe2O3 – ferrugem). • Ácido clorídrico (HCl) reage com hidróxido de sódio (NaOH), formando cloreto de sódio e água.

2. Descreva a equação química 2 H2(g) + O2(g) H 2 H2O(l). 3. Faça o balanceamento das equações a seguir e indique o nome de uma das substâncias representadas e sua importância e/ou aplicação em algum contexto. a) H2(g) + Cl2(g) H HCl(g)

d) Fe3O4(s) + CO(g) H FeO(s) + CO2(g)

b) H2(g) + O2(g) H H2O(g)

e) Al2O3(s) + HCl(aq) H AlCl3(aq) + H2O(l)

c) NH4NO3(s) H N2O(g) + H2O(l)

4. Por que é importante prever as quantidades das substâncias envolvidas em uma reação química? 5. O cobre é o terceiro metal mais utilizado no mundo, sendo superado só pelo ferro e pelo alumínio. a) Indique algumas das aplicações do cobre. b) O cobre pode ser obtido da calcocita (Cu2S), um sulfeto de cobre, segundo a reação não balanceada a seguir. Cu2S(s) + O2(g) H Cu(s) + SO2(g) Balanceie a equação e verifique qual será o reagente limitante se 150 g de calcocita reagir com 32 g de gás oxigênio. Dados de massa molar: Cu – 63,5 g/mol; S – 32,0 g/mol; O – 16,0 g/mol.

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LUCIANO SANTANDREU/SHUTTERSTOCK.COM

TEMA

Materiais homogêneos Respostas e comentários deste Tema estão disponíveis nas Orientações para o professor.

Conforme estudado anteriormente, na natureza, são dificilmente encontrados materiais puros, ou seja, formados por um único constituinte. Na maioria das vezes, os materiais são misturas, como a água do mar, que contém não apenas água mas também sais dissolvidos, gases e outros componentes. Foi abordado também que esses materiais podem ser classificados em dois grandes grupos: homogêneos e heterogêneos. Os materiais homogêneos apresentam uma única fase, em que seus componentes estão distribuídos de forma uniforme, como ocorre nas soluções. Um exemplo é o ar, que contém diferentes gases, mas que se encontram tão bem misturados que parecem formar uma única substância. Muitas vezes, no entanto, é preciso uma avaliação mais atenta para categorizar materiais de aspecto homogêneo. O leite e o sangue, por exemplo, assemelham-se a soluções, mas apresentam uma constituição mais complexa, se forem analisados com o auxílio de um microscópio. Já os materiais heterogêneos, como o granito, são formados por mais de uma fase visível, com componentes que mantêm suas características individuais, sendo possível distingui-los a olho nu. Essa classificação é essencial para compreender diversos fenômenos da Química e da natureza, além de ser de grande importância em processos industriais, como na separação de substâncias em tratamentos de água e na produção de ligas metálicas. Neste Tema, será apresentada uma classificação mais abrangente desses materiais e o conceito de soluções será aprofundado.

Formação de ilhas de sal no Mar Morto, Ein Bokek (Israel), 2021. Esse fenômeno ocorre por causa da alta taxa de evaporação da água, especialmente no verão, quando a quantidade de sal supera determinado limite para se manter dissolvida na água e se acumula. Nesse caso, água e sal vão de um material homogêneo a um material heterogêneo com a evaporação da água.

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Dispersões

DANIEL CYMBALISTA/FOTOARENA

Os materiais homogêneos podem ser classificados conforme a resposta à seguinte pergunta: as substâncias que compõem o material se misturam em quaisquer proporções? Se a resposta for sim, esse material homogêneo é chamado genericamente de mistura. Por outro lado, se a resposta for não e houver um limite de proporção entre os constituintes que, superado, compromete a homogeneidade do sistema, esse material pode ser considerado uma solução. Entretanto, há uma classificação mais abrangente para os materiais homogêneos com determinadas proporções chamada de dispersão. O diagrama a seguir representa essa classificação.

REfliTA

Não escreva no livro.

UNIDADE

1 Neste livro, você já estudou

diferentes tipos de mistura entre dois líquidos. Pense em alguns materiais com os quais você lida no cotidiano e indique como você os classificaria.

O soro fisiológico 0,9% é uma solução de cloreto de sódio em água. A porcentagem se refere à quantidade de determinada substância em uma porção definida de água. Material homogêneo

Limitação quanto à proporção?

Não

Sim Dispersão

Mistura

Solução

Outros tipos

As dispersões são sistemas em que uma substância, dividida em pequenas partículas, está distribuída em outra substância. Nomeia-se disperso (ou fase dispersa) a substância que, em pequenas partículas, se encontra dispersa em outro material. Já o meio no qual a substância dispersa está distribuída é denominado dispergente (ou fase dispersante). Por exemplo, em uma suspensão de areia em água, a areia é a fase dispersa, e a água é o meio dispersante.

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É importante ressaltar que os termos fase dispersa e fase dispersante são empregados para descrever características das dispersões, mas não apresentam mais de uma fase como os materiais heterogêneos. A distribuição das pequenas partículas do disperso no dispergente ocorre de maneira uniforme. São, portanto, materiais homogêneos. B

SELMA CAPARROZ

Representação de um material homogêneo, em que dois constituintes (bolinhas amarelas e vermelhas) estão distribuídos uniformemente (A), e de um material heterogêneo, em que dois constituintes (bolinhas amarelas e vermelhas) estão separados em duas fases (B) (imagens sem escala; cores fantasia).

Classificação das dispersões DIOGOPPR/SHUTTERSTOCK.COM

MRSPOPMAN1985/ SHUTTERSTOCK.COM

KUBAIS/SHUTTERSTOCK.COM

As dispersões podem ser classificadas como soluções, coloides ou suspensões, de acordo com o tamanho médio das partículas da fase dispersa.

0 nm

1 nm Soluções Exemplo: água mineral

1 000 nm Coloides Exemplo: tintas

Suspensões Exemplo: água e argila

Classificação das dispersões feita com base no tamanho médio das partículas dispersas. As faixas de tamanho de partícula apresentadas na imagem indicam valores aproximados. Nas chamadas soluções verdadeiras, as partículas dispersas têm menos de 1 nanometro (nm) de diâmetro e estão perfeitamente dissolvidas, portanto completamente solvatadas pelo solvente. As soluções têm propriedades físicas uniformes, ao longo de toda a dispersão, e podem ser sólidas ou líquidas. São exemplos as ligas metálicas e a água mineral. Nos coloides, as partículas dispersas têm tamanho intermediário, entre 1 nm e 1 000 nm. Esses sistemas são estáveis, de aspecto homogêneo a olho nu, em que é possível diferenciar a fase dispersa se analisados em um microscópio. As propriedades físicas variam ao longo de um coloide e dependem da proporção entre os componentes. A gelatina, as pedras preciosas, o leite, o sangue, as espumas e a fumaça são classificados como coloides. Nas suspensões, as partículas apresentam dimensões superiores a 1 000 nm e, ainda assim, mantêm-se dispersas no dispersante, sem formar um sistema heterogêneo. De modo geral, as suspensões constituem um sistema bastante instável, de maneira que a separação dos componentes dessas dispersões pode ocorrer, por exemplo, mediante ação da gravidade, formando um material heterogêneo. Nessa classificação, as propriedades físicas também variam ao longo da suspensão e dependem da proporção entre os componentes. Misturas, como água e areia ou água e argila, são exemplos desse tipo de dispersão.

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Tipos de coloide Os coloides estão no limiar entre o sistema homogêneo e o heterogêneo. As interações entre as partículas desses materiais não são tão fortes quanto as que ocorrem em soluções e não são tão fracas quanto as que ocorrem em materiais heterogêneos. A classificação de sistemas coloidais ocorre com base no estado físico das fases dispersa e dispersante que os constituem.

UNIDADE

Classificação de sistemas coloidais Fase dispersante Sólido

Gasoso

Líquido

Dispersão sólida

Sólido

Gelatina

Líquido

Gel capilar

Aerossol líquido

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Gel

Maionese

WILL RODRIGUES/SHUTTERSTOCK.COM

Fumaça

Minerais coloridos

Fase dispersa

CHICCODODIFC/SHUTTERSTOCK.COM

MIIISHA/SHUTTERSTOCK.COM

Sol

EME MEDIOLI/SHUTTERSTOCK.COM

Aerossol sólido

Névoa (neblina)

Espuma líquida

Gasoso

BORED PHOTOGRAPHY/ SHUTTERSTOCK.COM

NADIA_IF/SHUTTERSTOCK.COM

Espuma sólida

Esponja de limpeza

Não formam coloides.

Creme chantili

Cabe destacar que os coloides, por serem dispersões, só se mantêm estáveis, preservando as características de um material homogêneo, se respeitarem proporções específicas, a depender da natureza das substâncias e/ou dos materiais que os compõem.

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Efeito Tyndall

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Coloides e suspensões, por causa do tamanho de suas partículas dispersas, conseguem espalhar a luz, por reflexão e dispersão, tornando seu trajeto visível. Pode-se dizer também que, no caso das suspensões, as partículas se tornam visíveis quando a dispersão é atravessada por um feixe de luz. Não ocorre espalhamento de luz.

Ocorre espalhamento de luz.

Fonte de luz

Solução

Coloide (feixe de luz visível)

Suspensão (feixe de luz e partículas visíveis)

Representação do espalhamento da luz por coloides e suspensões, fenômeno conhecido como efeito Tyndall (imagem sem escala; cores fantasia). Esse fenômeno foi observado pela primeira vez, em 1857, pelo físico e químico inglês Michael Faraday, ao investigar as interações entre luz e matéria. Entretanto, ele é chamado de efeito Tyndall, porque foi o físico irlandês John Tyndall (1820-1893) que estabeleceu uma explicação mais adequada para o fenômeno. ESPAÇOS DE APRENDiZAGEM

• O vídeo demonstra o efeito Tyndall e apresenta os conceitos envolvidos no espalhamento de luz em diferentes amostras.

PEPERMPRON/SHUTTERSTOCK.COM

EXPLICANDO o efeito Tyndall em nanopartículas: nanociência e nanotecnologia. [S. l.: s. n.], 2021. 1 vídeo (4 min). Publicado pelo canal EnsiNANO: Nanotecnologia. Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=hNOAX7hZ7H0. Acesso em: 26 set. 2024.

O efeito Tyndall possibilita a visualização dos raios de Sol. Na ausência de partículas suspensas no ar, não é possível perceber o caminho dos feixes de luz solar.

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AlGO A

Sob neblina, use a luz baixa Placas de trânsito com essa orientação são comuns em estradas em que a ocorrência de neblinas é frequente. A neblina é uma dispersão coloidal que resulta da condensação de gotículas de água no ar, dificultando a visibilidade dos motoristas. Nessas condições, a utilização de farol alto, ou mesmo das luzes na intensidade regular, faz com que a dispersão da luz prejudique ainda mais a visibilidade.

UNIDADE

As recomendações para os motoristas em situações de neblina incluem os seguintes itens. • Reduzir a velocidade: dirigir em velocidade reduzida para garantir tempo de reação adequado em caso de imprevistos. • Manter uma distância segura: aumentar a distância em relação ao veículo da frente para evitar colisões, já que a visibilidade está comprometida. • Usar faróis baixos: nunca usar faróis altos em neblina, pois eles podem refletir nas partículas de água e reduzir ainda mais a visibilidade. O uso de faróis de neblina, se disponíveis, é recomendado. • Evitar ultrapassagens: em situações de baixa visibilidade, evitar manobras arriscadas, como ultrapassagens. • Manter o para-brisa limpo: utilizar o limpador de para-brisa e o desembaçador para garantir uma visão clara. • Não parar no acostamento: evitar parar no acostamento, pois outros motoristas podem não perceber o veículo. Se for necessário realizar uma parada, procurar um local seguro.

MONTYPETER/SHUTTERSTOCK.COM

Seguir essas orientações ajuda a minimizar os riscos em condições de baixa visibilidade causadas pela neblina.

Carros em uma rodovia sob neblina. Conforme recomendação, o carro da frente está com os faróis baixos.

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REfliTA

Soluções

Não escreva no livro.

2 Você já preparou algum suco em pó? O que acontece se colocar uma quantidade excessiva de pó na água?

Serão abordadas agora, com mais profundidade, as misturas classificadas como soluções. Elas são constituídas de uma substância em maior quantidade, nomeada solvente, que dissolve uma ou mais substâncias, presentes em menor quantidade, chamadas de soluto. Em soluções líquidas, o solvente mais comum é a água, e as soluções formadas por ela são denominadas soluções aquosas. Exemplos de soluções aquosas

Solução

Soluto

Origem

Aplicação

Água mineral

Íons metálicos e outros constituintes

Natural, como resultado da água da chuva infiltrada no solo, que dissolve materiais presentes nas rochas subterrâneas.

De maneira geral, usada para hidratação.

Água do mar

NaCl e outros constituintes

Natural, como resultado da água liberada durante a formação do planeta, da água de rios e geleiras, do ciclo da água e da água de fontes subterrâneas.

Usada como fonte principal de cloreto de sódio.

CO2

Artificial. O gás carbônico é adicionado em processo industrial.

Usada pura, como variação da água mineral ou da água filtrada, ou em diversos tipos de bebida.

Não há

Artificial. Íons e outras partículas são removidos por meio de técnicas, como troca iônica e osmose reversa.

Usada em experimentos de laboratório e na produção de medicamentos.

Natural. Água mineral com excesso de magnésio e cálcio.

Pode ser consumida, sob orientação médica, para reposição de cálcio e magnésio.

Artificial. Solução aquosa de hipoclorito de sódio produzida na indústria.

Usada na limpeza e na desinfecção de superfícies.

Água com gás Água deionizada

Água dura MgCO3 e CaCO3 Água sanitária

NaClO

Água-régia

HNO3 e HCl

Artificial. Geralmente, é comercializada Mistura altamente corrosiva usada como reagente para experimentos químicos na dissolução de metais, como o específicos. ouro e a platina.

ESPAÇOS DE APRENDiZAGEM

• O vídeo (em inglês, com opção de legenda em português) traz informações sobre a mistura corrosiva capaz de dissolver substâncias popularmente conhecidas como metais régios. AQUA regia dissolves gold: periodic table of videos. [S. l.: s. n.], 2010. 1 vídeo (6 min). Publicado pelo canal Periodic Videos. Legendado em português. Disponível em: https://www.youtube.com/ watch?v=iwnKU89CCdI. Acesso em: 26 set. 2024. • O vídeo oferece respostas à pergunta do título e a outras perguntas, utilizando explicações ilustrativas. POR que o mar é salgado? Dúvida cruel 11. [S. l.: s. n.], 2016. 1 vídeo (4 min). Publicado pelo canal Manual do Mundo. Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=KjhDQgkg3Yk. Acesso em: 26 set. 2024.

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Além da água, outro solvente comumente utilizado é o etanol (ou álcool etílico). A essas soluções, dá-se o nome de soluções alcoólicas. B

A/SHUTTERS

TOCK.COM

FABIO YOSHIHITO MATUSUURA/ ACERVO DA EDITORA

UNIDADE

DMARZOLL

O café é um exemplo de solução aquosa com diversos solutos (A). O álcool iodado, utilizado na desinfecção de ferimentos, é exemplo de solução alcoólica, cujo soluto é o iodo (B). Vale ressaltar que os solventes de soluções alcoólicas são misturas homogêneas entre água e álcool, uma vez que álcoois são dificilmente comercializados puros.

Solubilidade

Nas soluções, há um limite de soluto que pode ser dissolvido. Esse limite depende da temperatura, das interações estabelecidas entre o solvente e o soluto e, no caso de gases, da pressão. A quantidade máxima de soluto que pode ser dissolvido em uma quantidade fixa de solvente, sob condições específicas de temperatura, é denominada solubilidade. De modo geral, as solubilidades de diversos solutos são fornecidas considerando a água como solvente e a temperatura ambiente (de 20 °C a 25 °C). A seguir, são apresentados os valores de solubilidade de alguns solutos, em 100 g de água, a 25 °C. Solubilidade de algumas substâncias Substância

Fórmula

Solubilidade (g/100 g H2O)

Cloreto de ferro(II)

FeCl2

65,0

Cloreto de prata

AgCl

0,00019

Cloreto de sódio

NaCl

Brometo de ferro(II)

FeBr3

120

Hidróxido de sódio

NaOH

100

Hidróxido de potássio

KOH

121

Nitrato de prata

AgNO3

234

Fonte: HAYNES, William M. (ed.). Physical constants of organic compounds. In: HAYNES, William M. (ed.). CRC Handbook of chemistry and physics. 95th ed. Boca Raton: CRC Press, 2014. p. 4-68, 4-82, 4-88, 4-89, 4-90. E-book. Tradução nossa.

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AlGO A

Polaridade e solubilidade A solubilidade é uma propriedade que pode ser explicada com base nas interações entre os componentes de uma solução. Para entender por que certas substâncias se dissolvem em outras, é necessário observar se as interações entre as moléculas de ambas as substâncias são semelhantes. Quando isso acontece, é bem provável que uma substância se dissolva na outra. No entanto, se os tipos de interação forem muito diferentes, a solubilidade pode ser reduzida ou até inexistente. De maneira geral, substâncias polares tendem a se dissolver em outras substâncias polares. Já as apolares se dissolvem melhor em outras substâncias apolares. Materiais considerados gordurosos geralmente são formados por moléculas apolares. Por isso, não são dissolvidos em água, que é polar. Nesses casos, o uso de detergentes ou sabões se faz necessário, pois esses produtos contêm substâncias capazes de interagir com água e gordura ao mesmo tempo. Essas interações ocorrem devido à presença de porções polares e apolares na mesma molécula.

U2M BRAND/SHUTTERSTOCK.COM

Estrutura de micelas

Superfície (polar)

PH-HY/SHUTTERSTOCK.COM

Os detergentes atuam pela formação de estruturas esféricas, denominadas micelas, que aprisionam substâncias apolares em seu interior e são eliminadas pela água, na etapa de enxágue, devido ao caráter polar da parte externa das micelas. A formação desses agrupamentos resulta em um sistema coloidal do tipo emulsão.

Interior (apolar)

Nas micelas, a parte apolar das moléculas (como na molécula destacada em vermelho) fica para dentro, encapsulando gotículas de gordura, e a parte polar fica para fora, permitindo a interação com a água. No detalhe, representação da estrutura de uma micela (imagem sem escala; cores fantasia).

Classificação das soluções

Solução insaturada

Solução saturada

Solução supersaturada

A quantidade de soluto presente em solução é menor do que a máxima possível.

A quantidade de soluto presente em solução é igual à máxima possível.

A concentração de soluto presente em solução é maior do que a máxima possível.

EDITORIA DE ARTE

Pode-se classificar as soluções considerando determinada quantidade de solvente e condições específicas de temperatura e pressão. Observe a seguir.

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UNIDADE

SELMA CAPARROZ

Para compreender melhor essa classificação, considere o sal permanganato de potássio (KMnO4), cuja solubilidade a 25 °C é, aproximadamente, 70 gramas por litro (g/L) de água. Uma solução contendo 5 g desse soluto em 1 L de água é uma solução insaturada. Se forem adicionados 45 g do mesmo sal ao sistema, totalizando 50 g de soluto na mesma quantidade de água, a solução permanece insaturada. Ao adicionar mais 20 g de KMnO4, a solução contendo 70 g de soluto em 1 L de água terá o máximo de soluto que pode ser dissolvido, uma vez que a solubilidade do sal é 70 g/L. Dessa maneira, a solução se torna uma solução saturada. Se mais soluto for adicionado à solução saturada, não haverá dissolução, e ele se acumulará no fundo do recipiente, formando um precipitado. Essa solução, denominada solução saturada com corpo de fundo, não pode ser classificada como supersaturada, pois há 70 g de KMnO4 formando uma solução saturada com aspecto homogêneo e um excesso dele depositado no fundo do recipiente. As soluções supersaturadas apresentam uma única fase, e o excesso de soluto está dissolvido. Quando o excesso de soluto resulta na formação de uma nova fase, o sistema se torna heterogêneo, com duas fases, uma líquida (solução saturada) e uma sólida (excesso de soluto sólido ou precipitado). Então, como obter uma solução supersaturada?

Insaturada

Saturada

Supersaturada

Saturada com corpo de fundo

Representação de diferentes soluções de permanganato de potássio. O aumento na intensidade da cor roxa representa o aumento da quantidade de soluto (imagens sem escala; cores fantasia).

O conceito de supersaturação Como mencionado anteriormente, a supersaturação ocorre quando a quantidade de soluto dissolvido é maior do que o limite para determinado solvente. De maneira geral, a maioria das substâncias são mais solúveis em um solvente a temperaturas mais altas. Assim, soluções supersaturadas costumam ser obtidas por meio da dissolução de um soluto em um solvente a determinada temperatura e, em seguida, do resfriamento lento desse sistema. Para compreender esse processo, considere a variação de solubilidade de uma substância X em 100 g de água em função da temperatura. Solubilidade de uma substância X a diferentes temperaturas Soluto

Substância X

Solubilidade (g/100 g H2O)

Temperatura (°C)

100

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T = 100 °C

T = 20 °C

Resfriamento lento

mx = 25 g

T = 20 °C

SELMA CAPARROZ

Uma solução com 25 g da substância X a 100 °C resulta em uma solução insaturada. Ao manter a solução em repouso, de modo que ela resfrie lentamente até 20 °C, todo o soluto (25 g) deve permanecer dissolvido, ainda que a solubilidade seja menor nessa temperatura (20 g). As soluções supersaturadas são sistemas bastante instáveis. Por isso, qualquer perturbação, como uma agitação do recipiente ou mesmo um impacto mecânico, geralmente faz com que o excesso de soluto dissolvido se precipite, e o sistema passa a ser uma solução saturada com corpo de fundo.

Perturbação

mx = 25 g

mx = 20 g (dissolvido) mx = 5 g (precipitado)

Representação da obtenção de solução supersaturada de uma substância X e da precipitação do soluto em excesso após uma perturbação do sistema (imagens sem escala; cores fantasia). ESPAÇOS DE APRENDiZAGEM

• O vídeo mostra o processo de cristalização do sal acetato de sódio a partir da perturbação de uma solução supersaturada, em um experimento simples. COMO congelar água em um segundo (remake) (experiência). [S. l.: s. n.], 2013. 1 vídeo (6 min). Publicado pelo canal Manual do Mundo. Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=7d4GhLCHQ20. Acesso em: 26 set. 2024.

AT¡v¡DaDeS

Não escreva no livro.

1. Classifique as soluções a seguir em insaturadas, saturadas ou supersaturadas, conforme os dados apresentados em Solubilidade de algumas substâncias, considerando as quantidades dissolvidas em água. a) FeCl2 – 64 g/L b) AgNO3 – 250 g/L c) NaCl – 2 g/L d) KOH – 121 g/L

2. Como você diferenciaria materiais homogêneos

de materiais heterogêneos? Pense em exemplos presentes no ambiente onde você mora.

3. Considere uma suspensão de água e argila. O

que vai acontecer com as partículas de argila depois de certo tempo?

4. Em uma cozinha, você encontrou os seguintes

materiais: suco de laranja com polpa, água com açúcar totalmente dissolvido e leite. Classifique cada um dos casos apresentados em solução, coloide ou suspensão e apresente uma justificativa.

5. A 20 °C, é possível dissolver 34 g de cloreto de potássio (KCl) em 100 mL de água. Explique o que aconteceria se 44 g desse sal fossem colocados em 100 mL de água.

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UNIDADE

TEMA

Concentração das soluções e propriedades coligativas

Respostas e comentários deste Tema estão disponíveis nas Orientações para o professor.

Em regiões quentes, é comum, em dias de festas, colocar bebidas no gelo para serem consumidas bem geladas. Para que fiquem ainda mais geladas, costuma-se adicionar sal ao gelo, pois assim se produz uma fase líquida com temperatura mais baixa.

CHUTIMA CHAOCHAIYA/SHUTTERSTOCK.COM

Imagine que você está preparando um suco de frutas gelado em um dia quente. Ao adicionar açúcar à água e misturar até dissolvê-lo, você está ajustando a concentração de uma solução. A quantidade de açúcar que se dissolve determina o quão doce a bebida ficará. A química das soluções ajuda a entender como diferentes quantidades de soluto (no caso, o açúcar) podem alterar as propriedades de um solvente, e como esse equilíbrio entre as substâncias afeta o resultado final. Quando diferentes substâncias são misturadas, as propriedades físicas da mistura resultante, como as temperaturas de fusão e de ebulição, a densidade e a solubilidade, podem sofrer alterações de maneira previsível. Essas mudanças ocorrem porque a proporção de cada substância na mistura afeta diretamente o comportamento de todo o sistema. Por exemplo, ao adicionar sal à água, a temperatura de ebulição da mistura aumenta, enquanto a temperatura de fusão diminui. Esse fenômeno, conhecido como efeito coligativo, demonstra como a quantidade de uma substância em relação à outra pode modificar as propriedades físicas da mistura. Assim, neste Tema, serão abordadas as diversas maneiras de expressar a concentração de soluções e as propriedades coligativas. Com a compreensão desses conceitos, será possível realizar previsões mais fundamentadas a respeito do comportamento das soluções em diferentes contextos.

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O conceito de concentração É muito provável que você já tenha encontrado diversos tipos de bebida industrializada de frutas. Com tanta variedade na nomenclatura, fica difícil saber qual é a diferença entre esses tipos. Leia a seguir o trecho de um 1 Você sabe como texto que fornece algumas informações sobre esse assunto. expressar a conSuco integral centração de subsCom 100% de fruta, é obtido da fruta madura e, a rigor, não tem adição tâncias presentes de água, açúcares ou conservantes. […] em uma solução? Suco concentrado Trata-se do suco integral “reduzido”, isto é, com uma parte de água removida por evaporação; nesse processo, perde uma parcela das vitaminas e propriedades nutricionais da fruta. […] Suco reconstituído É o suco concentrado já misturado com água, pronto para consumo. […] Néctar Pode ter entre 20% e 50% de suco de fruta – que é diluído em água e tem açúcares acrescentados no processo. […] Refresco Dependendo do sabor, pode trazer entre 6% e 30% de suco de fruta – que, assim como o néctar, será diluído em água – e ter açúcares acrescentados na formulação. […] Refresco em pó A concentração obrigatória de suco da fruta é tão baixa – apenas 1% – que a maioria dos nutricionistas sequer considera a bebida um suco. Tem acréscimo de açúcar, aditivos […] e conservantes, além de uma quantidade alta de sódio […]. REfliTA

Não escreva no livro.

FABIO YOSHIHITO MATUSUURA/ACERVO DA EDITORA

DREHMER, Raquel. Integral, concentrado, em pó, néctar… entenda as diferenças entre sucos. Claudia, São Paulo, 15 jan. 2020. Disponível em: https:// claudia.abril.com.br/cozinha/gastronomia/integral-concentrado-em-po-nectar-entenda-as-diferencas-entre-sucos/. Acesso em: 20 set. 2024.

Muitos dos termos utilizados no texto estão relacionados ao preparo de soluções. O termo concentração indica a quantidade de uma substância em determinada quantidade de um solvente. Assim, as informações sugerem que, quanto menor a concentração de polpa natural, menos essas bebidas podem ser consideradas suco de fruta. No entanto, embora não seja um problema mencionar concentração de suco nesse contexto, essa expressão não se aplica corretamente ao conceito. Uma vez que suco de fruta não é uma substância, não há como calcular sua concentração, mas pode-se calcular a concentração de sais minerais, vitaminas e açúcares separadamente. Essas informações constam na chamada tabela de informação nutricional, que indica a quantidade de calorias, macronutrientes (como proteínas, carboidratos e gorduras), micronutrientes (como vitaminas e minerais) e outras substâncias (como fibras e sódio) presentes em uma porção específica de um produto. Essa tabela ajuda o consumidor a tomar decisões conscientes sobre a própria alimentação, auxiliando-o no controle de dietas e no acompanhamento de necessidades nutricionais. O estudo neste Tema será focado nas soluções aquosas por causa da versatilidade desses sistemas. Além disso, os A tabela de informação nutricional conceitos abordados a seguir poderão ser utilizados em outros presente nos rótulos de alimentos contextos, pois os cálculos de concentração de substâncias não fornece dados essenciais sobre a composição nutricional do produto. dependem do tipo de solvente.

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O solvente água Compreender a água como solvente é essencial para analisar reações que ocorrem em processos industriais e em muitos fenômenos fundamentais para a vida na Terra. Frequentemente chamada de solvente universal, a água consegue dissolver uma ampla variedade de substâncias. Essa capacidade de dissolução se deve a vários fatores, entre os quais se destacam a polaridade das moléculas de água e o seu tamanho relativamente pequeno. Essas características facilitam o processo de dissolução, conhecido como solvatação, no qual as partículas do soluto (moléculas ou íons) são envolvidas e estabilizadas pelas moléculas do solvente por meio de interações dipolo-dipolo ou íon-dipolo. Acompanhe a representação da solvatação de íons do cloreto de sódio. A

€

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Interação íon-dipolo

Interação íon-dipolo Cl_

BENTINHO

PAULO CÉSAR PEREIRA

€+

H2O

UNIDADE

Na+

Representação da dissociação iônica do cloreto de sódio, em que o retículo cristalino é rompido (A) e os íons são estabilizados por meio da solvatação (B). Esse processo se baseia nas interações íon-dipolo entre soluto e solvente (C) (imagens sem escala; cores fantasia). Agora, acompanhe uma representação simplificada da solvatação de uma molécula de sacarose. Nesse caso, os polos negativos das moléculas de água interagem com as regiões positivas das moléculas do soluto, e vice-versa, por meio de ligações de hidrogênio, promovendo a solvatação dos constituintes moleculares. Vale mencionar que, por motivos didáticos, alguns átomos de hidrogênio foram ocultados da

TARUMÃ

molécula de sacarose.

Molécula de sacarose dissolvida em água. Carbono

Oxigênio

Hidrogênio

Cristal de açúcar

Representação simplificada da dissolução de sacarose. Nesse processo, as ligações de hidrogênio no cristal sólido são rompidas e substituídas por interações do mesmo tipo entre as moléculas de soluto e solvente (imagens sem escala; cores fantasia).

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Assim, ao calcular a concentração de uma substância em solução, procura-se conhecer a quantidade da substância que foi dissolvida, isto é, a quantidade de moléculas ou íons solvatados, a qual pode ser calculada e expressa de diversas maneiras, como será abordado a seguir.

Concentração em massa A relação entre certa massa de soluto (msoluto) e determinado volume de solução (Vsolução) é chamada de concentração em massa (C). C=

msoluto Vsolução

Antigamente, utilizava-se a letra minúscula (l) para representar o litro, mas, para evitar a comum confusão com o número um e a letra i maiúscula, a IUPAC recomenda a utilização da letra maiúscula (L) ou sua forma cursiva (l). Neste livro, optou-se por utilizar o L para representar a unidade de medida litro.

A massa do soluto é expressa em grama (g), e o volume de solução em litro (L), portanto a unidade resultante da concentração em massa é g/L. Considere uma solução na qual são dissolvidos 5,85 g de NaCl em 250 mL de água. Após a con-

seria solicitar aos estudantes que levem 5,85 g Uma atividade interessante para a sala de aula alguns rótulos de alimentos = 23,4 g/L. versão do volume em litro, tem-se: C(NaCl) = industrializados (de preferência, líquidos) com 0,25 L a tabela de informação nutricional. Assim, pode-se determinar a concentração em massa do sódio e de outros componentes.

Concentração em quantidade de matéria

A concentração em quantidade de matéria relaciona a quantidade de matéria do soluto (nsoluto), em mol, e o volume da solução (Vsolução), em litro. Assim, a unidade resultante da concentração em quantidade de matéria é mol/L, a qual pode ser representada por meio da fórmula química do soluto entre colchetes. Dessa forma, optou-se por utilizar [X] para expressar a concentração em quantidade de matéria de uma determinada substância X. [X] =

nsoluto Vsolução

Em alguns livros, a concentração em quantidade de matéria ainda é chamada de concentração molar ou molaridade. De acordo com a IUPAC, no entanto, essa não é uma denominação apropriada, porque não é uma propriedade quantificada por mol, como o volume molar (L/mol).

Como as transformações químicas são regidas por relações estequiométricas, a expressão de concentração de soluções por meio da concentração em quantidade de matéria é bastante útil em laboratórios de pesquisa e na indústria, pois permite determinar de maneira mais direta quantidades necessárias de reagentes para a realização de determinada reação. Para compreender como calcular essa concentração, considere novamente a solução formada por 5,85 g de cloreto de sódio em 250 mL de água. Primeiro, é preciso calcular a quantidade de matéria do soluto presente na solução. Esse valor pode ser obtido pela razão entre a massa de soluto e a massa molar.

nsoluto =

msoluto Msoluto

Por meio da tabela periódica, verifica-se que a massa molar do cloreto de sódio é igual a 58,5 g/mol (MNa = 23,0 g/mol; MCl = 35,5 g/mol). Ao substituir os valores na equação, obtém-se a quantidade de cloreto de sódio na solução. nNaCl =

mNaCl 5,85 g = = 0,100 mol 58,5 g/mol MNaCl

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Assim, considerando o volume de 0,250 L e a equação da concentração em quantidade de matéria, obtém-se: [NaCl] =

0,100 mol = 0,400 mol/L. 0,250 L

UNIDADE

Essa concentração também pode ser calculada utilizando uma equação que considera a massa do soluto, sua massa molar e o volume da solução.

[X] =

msoluto Msoluto ? Vsolução

Título em massa e em volume As relações entre as massas ou entre os volumes de soluto e solução são expressas por uma grandeza denominada título, representada pela letra grega t (lê-se: tau), sendo obtidas por meio das equações a seguir. tm =

msoluto Vsoluto tV = msolução Vsolução

FABIO YOSHIHITO MATUSUURA/ACERVO DA EDITORA

Nas equações, tm é o título em massa e tV, o título em volume. A massa da solução (msolução) é dada pela soma das massas de soluto (msoluto) e de solvente (msolvente). O mesmo raciocínio pode ser expresso para o volume da solução (Vsolução). Essa grandeza é adimensional, pois é resultado da razão matemática entre duas grandezas iguais. Por essa razão, é necessário indicar quando se trata de título em massa e quando se trata de título em volume. Além disso, o valor obtido será sempre menor do que 1, uma vez que o valor referente ao soluto será sempre menor do que o valor referente à solução. É muito comum em farmácias, por exemplo, a venda de soluções, como álcool isopropílico, soro fisiológico e água boricada, cujos rótulos indicam valores expressos em porcentagem. Essa é outra maneira de apresentar a concentração de uma solução. Nesse caso, pode-se usar a porcentagem em massa (Pm), que é o título em massa multiplicado por 100, e a porcentagem em volume (PV), que é o título em volume multiplicado por 100. Álcool isopropílico com concentração de 99,8%. Esse produto é indicado para a limpeza de dispositivos eletrônicos. AlGO A

Graduação alcoólica Uma variação para a indicação da concentração de álcool em soluções é por meio das grandezas grau Gay-Lussac (°GL) e grau INPM (°INPM). A grandeza grau Gay-Lussac é uma medida de concentração alcoólica volumétrica e indica o volume de álcool absoluto (etanol) presente em 100 volumes da solução. Por exemplo, uma solução com 40 °GL contém 40% de etanol em volume, ou seja, 40 mL de etanol em 100 mL de solução. Já a grandeza grau INPM (sigla para Instituto Nacional de Pesos e Medidas) se refere à concentração alcoólica em massa e expressa a massa de álcool presente em 100 gramas de solução. Por exemplo, 40 °INPM significa que há 40 g de etanol em 100 g de solução. Assim, uma solução alcoólica 70 °GL não tem a mesma quantidade de soluto que uma solução 70 °INPM, embora os valores sejam bem próximos.

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Concentração em ppm e ppb Os valores em título podem ser muito pequenos, mesmo se multiplicados por 100 (ou seja, usando porcentagem). Quando isso ocorre, pode-se optar por multiplicar o título por 1 000 000 (um milhão) ou 1 000 000 000 (um bilhão) e expressar a concentração em partes por milhão (ppm) ou partes por bilhão (ppb), respectivamente. Assim, para valores em termos de massa, tem-se as seguintes equações: ppm =

ppb =

msoluto ? 1 000 000 msolução

msoluto ? 1 000 000 000 msolução

Pôr do sol de inverno com ar poluído por causa do excesso de partículas suspensas no ar. Marília (SP), 2024. Foram estabelecidos valores máximos de concentração (normalmente expressa em ppm) de partículas e de gases, como o monóxido de carbono, para que a qualidade do ar seja considerada boa.

ALF RIBEIRO/FOTOARENA

Essas medidas são frequentemente utilizadas em legislações que visam definir limites máximos de substâncias indesejadas, como poluentes do ar, da água e do solo; substâncias tóxicas ou cancerígenas em alimentos, bebidas e produtos de beleza, de higiene e de limpeza; impurezas que não oferecem risco à saúde ou ao ambiente, mas que afetam a qualidade de produtos; entre outros casos.

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UNIDADE

Sugerir aos estudantes que leiam, individual ou coletivamente, a resolução RDC no 42, de 29 de agosto de 2013, disponível em: https://bvsms.saude.gov.br/bvs/saudelegis/anvisa/2013/rdc0042_29_08_2013.html#:~:text=Disp%C3%B5e%20sobre%20o%20 Regulamento%20T%C3%A9cnico,III%20e%20IV%2C%20do%20art (acesso em: 30 set. 2024).

AlGO A

Legislação brasileira sobre o limite de chumbo em bebidas O chumbo (Pb) é um metal pesado, bastante utilizado na construção civil, em baterias automotivas e como protetor contra radiação ionizante (raios X). Até o final dos anos 1990, era comum o uso de solda de chumbo e estanho para fechar embalagens metálicas de alimentos. Atualmente, no entanto, as fábricas de alimentos são proibidas de utilizar esse tipo de solda para o acondicionamento de gêneros alimentícios. A ingestão de quantidades mínimas de chumbo pode causar alterações no organismo, como anemia, disfunções do sistema nervoso e insuficiência renal. Grande parte da intoxicação por chumbo ocorre por ingestão de alimentos ou água contaminados. No Brasil, o órgão responsável pela legislação que estipula o máximo tolerável de concentração de chumbo em produtos é a Agência Nacional de Vigilância Sanitária (Anvisa), vinculada ao Ministério da Saúde. Na resolução RDC no 42, de 29 de agosto de 2013, por exemplo, admite-se 0,00000005 grama de chumbo por grama de sucos e néctares de frutas. Ou seja, 50 nanogramas do metal para cada grama de suco (50 ng/g) ou 50 ppb. Anualmente, ocorre a Semana Internacional de Prevenção da Intoxicação por Chumbo, campanha realizada pela Organização Mundial da Saúde (OMS). O objetivo é alertar sobre os riscos da exposição ao chumbo, incentivar medidas de prevenção e destacar a urgência de eliminar todas as fontes de exposição a esse metal, principalmente para proteger as crianças.

REfliTA

Não escreva no livro.

Antes de consumir certos produtos, como os sucos concentrados, é 2 Você fez um suco de fruta e, para o necessário acrescentar água. Na prática, esses produtos apresentam muitas seu gosto, ficou vantagens. Por exemplo, por terem parte da água removida, os sucos concenideal. O que acha trados são mais fáceis de armazenar e transportar; não têm a necessidade de que acontece com refrigeração imediata; e, usualmente, mantêm a preservação dos nutrientes e o sabor do suco o sabor natural das frutas. O suco concentrado pode ser diluído de acordo com se você adicionar a preferência do consumidor, permitindo o controle da intensidade do sabor. mais água ou mais A diluição é o processo em que um volume extra de solvente é adicionado fruta (polpa)? a uma solução, tornando-a menos concentrada. No caso do suco, esse solvente é a água. Após a diluição, a quantidade de soluto na solução final, menos concentrada (ou mais diluída), Solução estoque Água é igual à quantidade de soluto na solução inicial, mais concentrada, visto que apenas o solvente é adicionado. Nos laboratórios, tanto de pesquisa científica quanto de indústria, grande parte do preparo de soluções é feita desta maneira: utiliza-se um volume menor daquilo que se chama soluções estoque, mais concentradas, para obter outras soluções mais diluídas.

Representação do processo de diluição para obter uma solução genérica, de concentração desejada, a partir da solução estoque (imagem sem escala; cores fantasia).

LUIS MOURA

Diluição

Solução desejada

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Para preparar uma solução por diluição, é preciso estabelecer uma relação entre a concentração desejada, a concentração da solução estoque, o volume da solução desejada e o volume da solução estoque. Acompanhe como se dá essa relação no exemplo a seguir. Algumas soluções de ácido clorídrico são comercializadas a 37%. Sabendo disso, considere que um cientista queira preparar uma solução 10 vezes diluída. Assim, a concentração de ácido na solução desejada seria de 3,7%. Pode-se dizer que a preparação dessa solução diluída obedece à proporção de 1 : 9; isto é, uma parte da solução estoque para nove partes de água. Portanto, os volumes correspondentes para cada parte resultam de uma relação de proporcionalidade entre elas, que pode ser estabelecida por meio das equações de concentração em quantidade de matéria para cada solução. Chamando a solução estoque de solução inicial e a solução diluída de solução final, apresentam-se as equações a seguir. [X]inicial =

ninicial Vinicial

[X]final =

nfinal Vfinal

Essas equações podem ser rearranjadas, e seus índices, simplificados, resultando nas igualdades a seguir. ninicial = [X]inicial ? Vinicial nfinal = [X]final ? Vfinal Como a quantidade de soluto não muda na diluição, a quantidade de matéria inicial (ninicial) é igual à quantidade de matéria final (nfinal). Assim, a relação de proporcionalidade pode ser expressa com a seguinte equação:

[X]inicial ? Vinicial = [X]final ? Vfinal

Essa relação não exige, a princípio, que as unidades sejam convertidas para o SI, o que a torna bastante versátil e útil no dia a dia. Retomando o exemplo da diluição do ácido clorídrico, pode-se expressar a concentração em porcentagem e o volume em mililitro, por exemplo. Suponha que o objetivo seja obter 200 mL de solução diluída. O volume de solução estoque é calculado da seguinte forma: 37% ? Vestoque = 3,7% ? 200 mL Vestoque =

3,7% ? 200 mL 37%

Vestoque = 20 mL

Assim, a solução desejada seria obtida com 20 mL de solução estoque e 180 mL de água. Note que essas quantidades respeitam a proporção 1 : 9. E o contrário? É possível concentrar uma solução por meio da remoção do solvente? A resposta é sim. Nesse caso, a quantidade de matéria do soluto também não varia e a relação de proporcionalidade entre solução inicial e solução final é mantida.

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UNIDADE

Assim, se 1 L de solução de NaCl for aquecida, causando vaporização do solvente, até que o volume da solução reduza para 400 mL, a concentração da solução final será: 1 mol/L ? 1 L = [X]final ? 0,4 L [X]final = 2,5 mol/L

SELMA CAPARROZ

Solução inicial

Solução concentrada

Evaporação de solvente

Representação do processo de aumento de concentração de uma solução genérica como resultado da evaporação do solvente (imagem sem escala; cores fantasia).

A seguir, serão abordadas algumas propriedades das soluções e como a quantidade de partículas de soluto influenciam essas propriedades.

Propriedades coligativas REfliTA

Não escreva no livro.

3 Se uma solução de água e sal de cozinha for deixada em um recipiente no congelador, ela não se solidifica. Como você explicaria esse fenômeno?

As propriedades coligativas são aquelas que não dependem da natureza do soluto, mas sim do número de partículas dissolvidas e das propriedades do solvente. Elas estão relacionadas também a balanços nas interações entre os constituintes, como será abordado a seguir.

Pressão de vapor Considere o processo de evaporação de um líquido. O movimento aleatório das partículas faz com que elas se choquem, de modo que aquelas que estão mais próximas da superfície do líquido se desassociem, passando para a fase gasosa. No entanto, o inverso também ocorre, ou seja, partículas gasosas próximas à superfície do líquido voltam para essa fase. Se o sistema for aberto, a proporção de partículas que passam para a fase gasosa supera a de partículas que voltam para a fase líquida. Em um sistema fechado, no entanto, a determinada temperatura, as partículas da fase gasosa ficam confinadas. Assim, os dois processos ocorrem simultaneamente até estabelecerem um equilíbrio dinâmico na superfície do líquido. Nesse estado de equilíbrio, as proporções de partículas que passam de uma fase para a outra são equivalentes. Os choques das partículas da fase gasosa com as paredes do recipiente e a superfície do líquido promovem uma pressão no sistema, denominada pressão de vapor (Pv), que depende das condições de temperatura e pressão a que o sistema está submetido. Se a temperatura do sistema for aumentada, haverá maior agitação das partículas, intensificando esses choques e, portanto, aumentando a pressão de vapor. Quanto maior for o número de partículas no estado gasoso, maior será a pressão de vapor.

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Assim, um líquido mais volátil, ou seja, um líquido cujas partículas “escapam”, com mais facilidade, para o estado gasoso, a determinadas temperatura e pressão, apresenta maior pressão de vapor que um líquido menos volátil.

Fase gasosa

A variação da pressão de vapor de uma Curva de pressão de vapor substância em função da temperatura pode de uma substância genérica ser expressa por uma curva denominada Pv (mmHg) curva de pressão de vapor. Acompanhe a seguir um exemplo de curva referente a uma substância genérica. Patm Com base nesse gráfico, é possível notar que, quando uma substância é aquecida em um recipiente aberto e sua pressão de vapor se iguala à pressão atmosférica (Patm), relacionada à massa de ar acima de um ponto qualquer da superfície terrestre, a temperatura de ebulição da substância (TE) TE T (°C) é atingida, e ela entra em ebulição. Assim, pode-se definir a temperatura de ebulição Fonte: Dados fictícios. de um líquido como a temperatura na qual a pressão de vapor do líquido (Pv) é igual à pressão externa exercida sobre ele. No caso de substâncias em recipientes abertos, essa pressão é a pressão atmosférica (Patm). Uma abordagem mais detalhada desse processo envolve a formação de bolhas de vapor. O aquecimento de um líquido promove a formação de bolhas de vapor, que tendem a crescer e subir em direção à superfície do líquido. Se a pressão de vapor dentro das bolhas for menor que a pressão externa, elas se desfazem. No entanto, quando a pressão de vapor nas bolhas que atingem a superfície supera a pressão exercida sobre o líquido (como a pressão atmosférica), as bolhas se rompem e liberam o vapor. A pressão de vapor é um indício da volatilidade das substâncias. Dizer que um líquido é volátil significa dizer que ele apresenta baixa temperatura de ebulição por causa da menor pressão de vapor. Se achar conveniente, comentar que a temperatura de ebulição varia de acordo com a altitude, já que quanto mais alto

ORACICART

Fase líquida

Representação do movimento aleatório das partículas de uma substância genérica durante a vaporização de um líquido em sistema fechado. Essas partículas da substância no estado gasoso exercem uma pressão sobre o sistema, descrita como pressão de vapor (imagem sem escala; cores fantasia).

for um local, menor será a camada de ar sobre a superfície e, consequentemente, menor será a pressão atmosférica.

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VANESSA NOVAIS

Existe uma relação direta entre a Solvente puro Solução pressão de vapor de um líquido e a força que mantém suas partículas unidas. No estado líquido, as interações entre Pvapor Pvapor as moléculas são moderadas, situanmenor maior do-se entre as fortes interações do estado sólido e as fracas do estado gasoso. Quando um soluto não volátil é adicionado ao solvente, o número de interações intermoleculares aumenta, pois as moléculas do solvente passam também a interagir com as do soluto. Esse aumento de interações dificulta a evaporação do solvente, reduzindo sua passagem para a fase gasosa e, consequentemente, diminuindo sua pressão de Representação da vaporização de um solvente puro e de uma vapor. Em outras palavras, menos molésolução (imagens sem escala, cores fantasia). culas do solvente escapam para a fase gasosa em uma solução do que no caso de um solvente puro, o que resulta em uma pressão de vapor mais baixa. Esse fenômeno de redução da pressão de vapor do solvente por causa da presença de um soluto não volátil é conhecido como efeito tonoscópico. Por diminuir a pressão de vapor da solução, o soluto adicionado causa também um aumento na temperatura de ebulição em comparação com a do solvente puro, pois é preciso fornecer mais energia ao sistema para que as interações sejam quebradas e a solução entre em ebulição. Acompanhe o gráfico com os exemplos de um solvente genérico e de uma solução formada por um soluto e esse solvente genérico. O aumento da temperatura de ebuliCurvas de pressão de vapor de um ção de um solvente causado pela adição solvente puro e de uma solução de um soluto não volátil é chamado efeito ebulioscópico. É válido ressaltar Pv (mmHg) que solutos voláteis não promovem o mesmo efeito, pois apresentam baixas Solvente puro temperaturas de ebulição e, portanto, Solução participam da fase vapor. Patm Para que um solvente se solidifique, suas partículas precisam se organizar de maneira específica. Quando um soluto não volátil é adicionado, essa organização é alterada, pois as moléculas do solvente passam a interagir com TE1 TE2 T (°C) as do soluto por causa do processo de solvatação. Essa interação faz com que a solidificação ocorra em temperaturas Fonte: Dados fictícios. mais baixas.

TARUMÃ

Tonoscopia, ebulioscopia e crioscopia

UNIDADE

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K .C

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IL O

Esse fenômeno, em que a temperatura de solidificação do solvente diminui em razão da presença de um soluto não volátil, é conhecido como efeito crioscópico. Essa técnica pode ser usada, por exemplo, para determinar a massa molar do soluto, uma vez que a temperatura de fusão é influenciada pela concentração dessas partículas. A água do mar, uma solução aquosa com alta concentração de sais, permanece no estado líquido mesmo a baixas temperaturas. Formação de icebergs no oceano Atlântico (Groenlândia, 2024). AlGO A

Efeito crioscópico na produção de sorvetes Uma aplicação bastante comum do efeito crioscópico é na fabricação de sorvetes do tipo picolé. Os equipamentos utilizados na fase de congelamento desses produtos são denominados picoleteiras.

FABIO YOSHIHITO MATUSUURA/ ACERVO DA EDITORA

Em escalas menores, do tipo artesanal, as picoleteiras costumam ser preenchidas com uma solução de água e cloreto de sódio, denominada salmoura, que permanece líquida a temperaturas próximas a _15 °C. Ao imergir as fôrmas de sorvete nesse líquido, o produto congela rapidamente.

Após o congelamento, as fôrmas de picolé são imersas em água quente, promovendo um choque térmico. Essa técnica permite que os picolés sejam desenformados com mais facilidade.

As picoleteiras de salmoura necessitam de atenção e cuidados para que o equipamento não se deteriore, o que dificulta sua manutenção quando se trata de escalas industriais. Por isso, em grandes fábricas de sorvete, a salmoura não é mais utilizada, mas sim uma mistura de álcool etílico e água, que produz o mesmo efeito.

ESPAÇOS DE APRENDiZAGEM

• O seguinte material traz orientações e informações a respeito da produção e da venda de sorvetes e picolés, como a qualidade técnica e nutricional do produto, as boas práticas de fabricação e os requisitos de controle de qualidade. SERVIÇO BRASILEIRO DE APOIO ÀS MICRO E PEQUENAS EMPRESAS. Cartilha de boas práticas de fabricação na indústria de gelados comestíveis. [S. l.]: Sebrae, [2011]. Disponível em: https://bibliotecas.sebrae.com.br/chronus/ ARQUIVOS_CHRONUS/bds/bds.nsf/18e69ee9eca639b33372eefdf6ecfb4e/$File/7574.pdf. Acesso em: 30 set. 2024.

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UNIDADE

FORMAÇÃO CiDADÃ

A crioscopia é aplicada no controle de qualidade do leite comercializado para o consumo. Uma forma de adulteração do leite é a adição de água para aumentar o volume a ser vendido e, consequentemente, a margem de lucro. No entanto, essa adição é acompanhada de cloreto de sódio, para alterar também a temperatura de congelamento e tentar enganar o controle de qualidade, pois a simples adição de água provocaria uma variação na temperatura do congelamento.

ANDRE DIB/PULSAR IMAGENS

Como as propriedades coligativas do leite atestam sua qualidade?

Produtor rural tira leite de vaca no povoado da Mata Preta. Catalão (GO), 2024.

Felizmente, do ponto de vista do controle de qualidade, o leite e os derivados lácteos estão entre os alimentos mais testados e avaliados, principalmente por causa da importância que representam na alimentação humana e de sua natureza perecível. Os testes empregados para avaliar a qualidade do leite constituem normas regulamentares em todos os países, havendo pequena variação entre os parâmetros e/ou tipos de testes empregados. De modo geral, são avaliadas características físico-químicas e sensoriais, como sabor e odor, e são definidos parâmetros de baixa contagem de bactérias, ausência de microrganismos patogênicos, baixa contagem de células somáticas e ausência de conservantes químicos e de resíduos de antibióticos, pesticidas ou outras drogas.

REPRODUÇÃO/UNES/SECRETARIA DE SAÚDE DO ESTADO DE SÃO PAULO/GOVERNO FEDERAL

Para os cidadãos, é difícil observar essas alterações, mas é preciso estar atento às características do produto e, em caso de dúvida, buscar informações junto aos órgãos de fiscalização e regulamentação de alimentos. Pode-se também pesquisar na internet problemas similares ou relacionados à marca do produto consumido, sempre avaliando as informações encontradas e suas fontes. Alguns símbolos presentes na caixa de leite podem ajudar na identificação da procedência e do controle de qualidade a que o produto foi submetido.

Selos relacionados à qualidade do leite. AT¡v¡DaDeS

Não escreva no livro.

1. Observe uma caixa de leite na sua residência ou na sua escola. Identifique as agências fiscalizadoras que atestaram a qualidade do leite por meio dos símbolos de certificados impressos na caixa.

2. O estado e o município onde reside têm uma agência de fiscalização para a comprovação da

qualidade do leite? Pesquise para saber mais informações a respeito das agências de fiscalização mais próximas de você.

3. Pesquise e indique como conhecimentos químicos podem ser utilizados para atestar a qualidade do leite consumido pelos brasileiros.

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Osmose

KOLONKO/SHUTTERSTOCK.COM

Quando duas soluções com o mesmo solvente, mas com diferentes concentrações de soluto, são misturadas, elas se tornam homogêneas, de modo que a concentração de soluto se iguala em todas as partes do sistema após a mistura. Supondo, agora, que essas soluções estejam em contato apenas por meio de um ponto, o soluto começará a se mover da área com maior concentração para a área com menor concentração. Esse processo de movimentação das partículas do soluto, de uma região de maior concentração para uma de menor concentração, é chamado de difusão.

Mais concentrado

Menos concentrado

Agora, considere que, em vez de as duas soluções serem misturadas conforme mencionado anteriormente, elas sejam colocadas em dois compartimentos separados por uma membrana (chamada de membrana semipermeável) que permite a passagem apenas de moléculas do solvente. Apesar da impossibilidade de as partículas do soluto atravessarem a membrana, também há, nesse caso, a tendência de as concentrações se igualarem. Isso ocorre mediante a passagem de moléculas do solvente da solução de menor concentração para a solução de maior concentração. O processo de difusão de solvente através de uma membrana semipermeável é denominado osmose e é motivado por uma diferença de concentração entre os meios separados por essa membrana (o fluxo espontâneo é do meio menos concentrado para o mais concentrado). Com base na ilustração, note que, quando Elevada pressão Baixa pressão o sistema entra em equilíbrio, um lado do de vapor de vapor recipiente fica com o volume maior do que o outro. Se o volume de solvente que migra do meio menos concentrado para o mais concentrado for determinado, por meio de recipientes graduados, por exemplo, é possível estimar a intensidade do processo de osmose. H2O Outra maneira de determinar essa intensidade é por meio da pressão osmótica, que corresponde à pressão necessária para Solução mais Solução menos Soluções com impedir a osmose, ou seja, a força que deve concentrada Membrana concentrada concentrações semipermeável ser aplicada ao sistema no sentido de não peridênticas mitir a diferença de volume. Seu valor pode ser Representação do processo de osmose (imagens sem medido experimentalmente. Quanto maior for escala; cores fantasia). a diferença entre as concentrações das duas

VINÍCIUS FIORATTI

Representação do sentido de movimento das partículas no processo de difusão (imagem sem escala; cores fantasia).

soluções, maior será a pressão osmótica. As membranas das células dos seres vivos são semipermeáveis, pois permitem a passagem de moléculas de água e de outras partículas, mas impedem o fluxo de moléculas grandes, como proteínas e carboidratos.

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UNIDADE

Se as células estiverem em um meio hipertônico, isto é, se a concentração de sais for muito maior no meio externo do que no interior da célula, um fluxo de água ocorrerá de dentro da célula para fora dela, desidratando-a. Se as células estiverem em um meio hipotônico, isto é, se a concentração de sais for muito menor no meio externo do que no interior da célula, haverá um fluxo de água para dentro da célula, fazendo-a inchar e causando, eventualmente, a ruptura da membrana celular. Por fim, se as células estiverem em um meio isotônico, isto é, se a concentração de sais no meio externo e no interior da célula forem iguais, haverá um mesmo fluxo de água para dentro e para fora da célula, de modo que ela permanece em um estado normal.

SELMA CAPARROZ

Meio isotônico

Meio hipotônico

Meio muito hipotônico

Células animais (hemácias)

Meio hipertônico

Estado de plasmólise

AT¡v¡DaDeS

Estado normal

Estado de turgescência

Representação do efeito de diferentes meios sobre células animais (imagens sem escala; cores fantasia).

Não escreva no livro.

1. Calcule a massa de hidróxido de sódio (NaOH) necessária para preparar 200 mL de solução com concentração igual a 0,25 g/L.

2. Que volume da solução de cloreto de sódio será

necessário para utilizar em um procedimento industrial que necessita de 25 mol desse sal? Considere que 5,85 g do sal são dissolvidos em 250 mL.

3. É possível preparar, em casa, o soro fisiológico,

comumente chamado de soro caseiro. Nesse caso, a receita não considera a quantidade de matéria, mas sim medidas de volume mediante uso de colheres. Considere que a preparação de um litro de soro caseiro utilize 0,1 mol de cloreto de sódio (NaCl) e 0,06 mol de sacarose (C12H22O11), o açúcar comum. Utilize as concentrações apresentadas para responder às questões a seguir. a) Quantos mL de açúcar e de sal são necessários para preparar um litro de soro caseiro? Considere que a densidade do sal seja de 1,22 g/mL e a do açúcar, de 1,06 g/mL.

b) As densidades reais dos cristais de sal e açúcar são 2,15 g/mL e 1,6 g/mL, respectivamente. Entretanto, se utilizar esses valores para o preparo de sal de cozinha, as concentrações finais estarão incorretas. Você saberia dizer por quê?

4. Qual é a concentração da solução obtida pela mistura de 200 mL de solução de NaOH a 0,2 mol/L, com 300 mL de água?

5. Apresente uma justificativa científica para o aumento da temperatura de ebulição da água quando é adicionado um soluto.

6. A água é um dos recursos naturais mais importantes para a sobrevivência na Terra.

a) Pesquise e indique quais são as propriedades ideais para que a água seja considerada potável. b) Pesquise e indique quais são algumas características da água que a fazem ser considerada como o solvente universal.

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ORGAN¡ZANDO AS ¡De¡AS Analise o esquema a seguir, que apresenta e relaciona os principais conceitos estudados nesta Unidade. Tonoscopia, ebulioscopia e crioscopia Lei de Boyle Pressão de vapor 1a lei de Charles Gay-Lussac

Pressão osmótica

2a lei de Charles Gay-Lussac Volume molar

Propriedades coligativas

Lei combinada

Massa molar Gases Quantidade de matéria (mol)

ALEX ARGOZINO

Material homogêneo

RELAÇÕES ESTEQUIOMÉTRICAS

Dispersões

Rapidez Espontaneidade

Reações químicas

Energia Reversibilidade Soluções Concentração de soluções Saturadas

Supersaturadas Insaturadas

Imagens ilustrativas sem escala Não escreva no livro e em cores-fantasia. A relação entre os conceitos é uma característica do conhecimento formal, científico e escolar. Aqui, apresenta-se uma síntese esquemática dos principais conceitos trabalhados nesta Unidade. No caderno, elabore seu próprio esquema, organizando os principais conceitos da Unidade, incluindo nele outros termos e outras ideias que se relacionam ao que foi estudado e realizando as associações que considerar importantes. Por fim, elabore um pequeno texto conectando os conceitos e as ideias presentes no esquema. Essa é uma boa forma de estudar e compreender melhor os conceitos.

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UNIDADE

AT¡v¡DADeS COMPleMeNTAReS Respostas e comentários estão disponíveis nas Orientações para o professor.

Tema 13 – Medindo a matéria

1. (UERJ) Em 1815, o médico inglês William Prout

formulou a hipótese de que as massas atômicas de todos os elementos químicos corresponderiam a um múltiplo inteiro da massa atômica do hidrogênio. Já está comprovado, porém, que o cloro possui apenas dois isótopos e que sua massa atômica é fracionária. Os isótopos do cloro, de massas atômicas 35 e 37, estão presentes na natureza, respectivamente, nas porcentagens de: a) 55% e 45%.

c) 75% e 25%.

b) 65% e 35%.

d) 85% e 15%.

2. (Cefet-MG) O ferrocianeto de potássio,

K4[Fe(CN)6], reage com o cloreto de ferro III e produz um pigmento de cor azul muito intensa, conhecido como azul da Prússia. Pode-se afirmar, corretamente, que 184,1 g de ferrocianeto de potássio contêm: a) 6 mol de carbono. b) 55,8 g do íon férrico. c) 2 átomos de potássio. d) 18,06 ? 1023 íons cianeto. e) 6,02 ? 1023 átomos de nitrogênio.

3. (Mack-SP) O 1-metilciclopenteno (C6H10) é um

produto bloqueador da ação do etileno e tem sido utilizado com sucesso em flores, hortaliças e frutos, retardando o amadurecimento desses vegetais, aumentando, por isso, a sua vida útil. Considerando que sejam utilizados 8,2 kg de 1-metilciclopenteno para atrasar o amadurecimento de algumas frutas, é correto afirmar que se gastou: Dados: massas molares (g ? mol_1): H = 1 e C = 12. a) 1,0 ? 10_1 mol de C6H10.

b) 1,0 mol de C6H10. c) 1,0 ? 101 mol de C6H10. d) 1,0 ? 102 mol de C6H10. e) 1,0 ? 103 mol de C6H10.

Não escreva no livro

4. (Enem/MEC) O brasileiro consome em média

500 miligramas de cálcio por dia, quando a quantidade recomendada é o dobro. Uma alimentação balanceada é a melhor decisão pra evitar problemas no futuro, como a osteoporose, uma doença que atinge os ossos. Ela se caracteriza pela diminuição substancial de massa óssea, tornando os ossos frágeis e mais suscetíveis a fraturas. Disponível em: <www.anvisa.gov.br>. Acesso em: 1 ago. 2012 (adaptado).

Considerando-se o valor de 6 ? 1023 mol_1 para a constante de Avogadro e a massa molar do cálcio igual a 40 g/mol, qual a quantidade mínima diária de átomos de cálcio a ser ingerida para que uma pessoa supra suas necessidades? a) 7,5 ? 1021.

d) 1,5 ? 1025.

b) 1,5 ? 1022.

e) 4,8 ? 1025.

c) 7,5 ? 1023.

Tema 14 – Compreendendo os gases

5. (PUC-RJ) Assumindo que uma amostra de gás oxigênio puro, encerrada em um frasco, se comporta idealmente, o valor mais próximo da densidade, em g ? L_1, desse gás a 273 K e 1,0 atm é: Considere: R = 0,082 atm ? L ? mol_1 ? K_1; M(O2) = 32 g ? mol_1 a) 1,0.

c) 1,4.

b) 1,2.

d) 1,6.

e) 1,8.

6. (FGV-SP) O consumo brasileiro total de explosi-

vos não militares é da ordem de 200 mil t/ano por empresas mineradoras como a Vale (Carajás e Itabira), MBR, Yamana, entre outras. O principal explosivo empregado é o nitrato de amônio, embalado em cartuchos. Sua ação como explosivo se deve à sua instabilidade térmica. Por meio da ignição de um sistema detonador, esse sal se decompõe resultando em produtos gasosos de acordo com a seguinte equação química: 1 NH4NO3(s) H N2(g) + 2 H2O(l) + O2(g) 2

(Explosivos em Expansão, em Posto de Escuta: crônicas químicas e econômicas. Albert Hahn, Editora Cla, 2012. Adaptado)

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Considerando um cartucho com a capacidade de 1,0 L contendo 160 g de nitrato de amônio, no instante da ignição, quando ocorre a completa reação de decomposição do sal a 167 °C, a pressão no interior do cartucho, no instante de sua ruptura e explosão é, em atm, igual a aproximadamente: (Dado: R = 0,082 atm ? mol_1 ? K_1; N = 14; O = 16; H = 1)

a) oxigênio. b) hidrogênio. c) cloro. d) dióxido de carbono. e) monóxido de carbono.

9. (UFRN) O reconhecimento de uma reação quí-

a) 1,0 ? 102.

d) 2,5 ? 103.

mica está relacionado à presença de evidências que permitem diferenciá-la dos fenômenos físicos. A seguir, relacionam-se quatro processos.

b) 1,0 ? 103.

e) 7,0 ? 102.

I. A liberação de luz

c) 2,5 ? 10 . 2

Tema 15 – Aspectos qualitativos em reações químicas

7. (Enem/MEC) A Química Verde é um ramo da

química que prega o desenvolvimento de processos eficientes, que transformem a maior parte do reagente em produto, de forma mais rápida e seletiva, que utilizem poucos reagentes, que produzam somente o produto desejado, evitando a formação de coprodutos, e que utilizem solventes não agressivos ao meio ambiente. Assim, as indústrias contornariam problemas relacionados à poluição ambiental e ao desperdício de água e energia. O perfil de um processo que segue todos os princípios desse ramo da química pode ser representado por: a) A + B + C H D (a reação ocorre a altas pressões). b) A + B H C + D (a reação é fortemente endotérmica). c) A + 3B H C (a reação ocorre com uso de solvente orgânico). d) 3A + 2B H 2C H 3D + 2E (a reação ocorre sob pressão atmosférica). 1 e) A + B H C (a reação ocorre com o uso de um 2 catalisador contendo um metal não tóxico).

8. (Enem/MEC) O mármore é um material empre-

gado para revestimento de pisos e um de seus principais constituintes é o carbonato de cálcio. Na limpeza desses pisos com solução ácida, ocorre efervescência. Nessa efervescência o gás liberado é o:

II. A formação de um precipitado III. A sublimação do iodo IV. A dissolução do sal de cozinha em água Dos processos relacionados, são evidências de reações químicas os processos apresentados nos itens: a) I e IV.

c) I e II.

b) II e III.

d) II e IV.

Tema 16 – Aspectos quantitativos das reações químicas

10. (Enem/MEC) O cobre, muito utilizado em fios da

rede elétrica e com considerável valor de mercado, pode ser encontrado na natureza na forma de calcocita, Cu2S(s), de massa molar 159 g/mol. Por meio da reação Cu2S(s) + O2(g) H 2 Cu(s) + + SO2(g), é possível obtê-lo na forma metálica. A quantidade de matéria de cobre metálico produzida a partir de uma tonelada de calcocita com 7,95% (m/m) de pureza é a) 1,0 ? 103 mol.

d) 5,0 ? 10_1 mol.

b) 5,0 ? 102 mol.

e) 4,0 ? 10_3 mol.

c) 1,0 ? 100 mol.

11. (Enem/MEC) Para proteger estruturas de aço

da corrosão, a indústria utiliza uma técnica chamada galvanização. Um metal bastante utilizado nesse processo é o zinco, que pode ser obtido a partir de um minério denominado esfalerita (ZnS) de pureza 75%. Considere que a conversão do minério em zinco metálico tem rendimento de 80% nesta sequência de equações químicas: 2 ZnS + 3 O2 H 2 ZnO + 2 SO2 ZnO + CO H Zn + CO2

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a) 25.

c) 40.

b) 33.

d) 50.

e) 54.

12. (Enem/MEC) No Japão, um movimento nacional

a) 0,25 kg.

c) 1,0 kg.

b) 0,33 kg.

d) 1,3 kg.

e) 3,0 kg.

Tema 17 – Materiais homogêneos

13. (Enem/MEC) A obtenção de sistemas coloidais

estáveis depende das interações entre as partículas dispersas e o meio onde se encontram. Em um sistema coloidal aquoso, cujas partículas são hidrofílicas, a adição de um solvente orgânico miscível em água, como etanol, desestabiliza o coloide, podendo ocorrer a agregação das partículas preliminarmente dispersas. A desestabilização provocada pelo etanol ocorre porque: a) a polaridade da água no sistema coloidal é reduzida. b) as cargas superficiais das partículas coloidais são diminuídas. c) as camadas de solvatação de água nas partículas são diminuídas. d) o processo de miscibilidade da água e do solvente libera calor para o meio.

tificado como 1,3,7-trimetilxantina (massa molar igual a 194 g/mol), cuja estrutura química contém uma unidade de purina, conforme representado. Esse alcaloide é encontrado em grande quantidade nas sementes de café e nas folhas de chá verde. Uma xícara de café contém, em média, 80 mg de cafeína. H3Ck

MARIA, C. A. B.; MOREIRA, R. F. A. Cafeína: revisão sobre métodos e análise. Química Nova, n. 1, 2007 (adaptado).

CH3

Considerando um processo de combustão completa de um gás de cozinha composto exclusivamente por butano (C4H10), a mínima quantidade desse gás que um japonês deve deixar de queimar para atender à meta diária, apenas com esse gesto, é de: Dados: CO2 (44 g/mol); C4H10 (58 g/mol)

14. (Enem/MEC) A cafeína é um alcaloide, iden-

Um hambúrguer ecológico? É pra já! Disponível em: http://lqes.iqm.unicamp.br. Acesso em: 24 fev. 2012 (adaptado).

Tema 18 – Concentração das soluções e propriedades coligativas

para a promoção da luta contra o aquecimento global leva o slogan: 1 pessoa, 1 dia, 1 kg de CO2 a menos! A ideia é cada pessoa reduzir em 1 kg a quantidade de CO2 emitida todo dia, por meio de pequenos gestos ecológicos, como diminuir a queima de gás de cozinha.

e) a intensidade dos movimentos brownianos das partículas coloidais é reduzida.

TARUMÃ

Considere as massas molares: ZnS (97 g/mol); O2 (32 g/mol); ZnO (81 g/mol); SO2 (64 g/mol); CO (28 g/mol); CO2 (44 g/mol) e Zn (65 g/mol). Que valor mais próximo de massa de zinco metálico, em kilogramas, será produzido a partir de 100 kg de esfalerita?

UNIDADE

CH3

Considerando que a xícara descrita contém um volume de 200 mL de café, a concentração, em mol/L, de cafeína nessa xícara é mais próxima de: a) 0,0004.

c) 0,4.

b) 0,002.

d) 2.

e) 4.

15. (Enem/MEC) A hidroponia pode ser definida

como uma técnica de produção de vegetais sem necessariamente a presença de solo. Uma das formas de implementação é manter as plantas com suas raízes suspensas em meio líquido, de onde retiram os nutrientes essenciais. Suponha que um produtor de rúcula hidropônica precise ajustar a concentração de íon nitrato (NO_3) para 0,009 mol/L em um tanque de 5 000 litros e, para tanto, tem em mãos uma solução comercial nutritiva de nitrato de cálcio 90 g/L. As massas molares dos elementos N, O e Ca são iguais a 14 g/mol, 16 g/mol e 40 g/mol, respectivamente. Qual o valor mais próximo do volume da solução nutritiva, em litros, que o produtor deve adicionar ao tanque? a) 26.

d) 51.

b) 41.

e) 82.

c) 45.

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InTEGranDO COm... Respostas e comentários estão disponíveis nas Orientações para o professor.

BIOLOGIA

Como os refrigerantes afetam a saúde? Pode-se classificar muitas bebidas como soluções aquosas, pois são compostas de um conjunto de substâncias dissolvidas em água, formando um material homogêneo, de uma fase. É o caso da maioria dos refrigerantes. Muitas vezes, o soluto em maior quantidade nessas bebidas é o açúcar, geralmente a sacarose (açúcar de mesa) ou xaropes com alto teor de frutose. Do ponto de vista nutricional, os açúcares podem ser classificados de acordo com sua complexidade. Quando não fazem parte da composição dos M CO alimentos naturais, como grãos e vegetais, são considerados artificialmente adiCK. STO R E T T EVAN LORNE/SHU cionados. Por não fornecerem um valor nutricional significativo, o único objetivo dessas substâncias é conferir um sabor mais adocicado aos produtos industrializados. Em grandes quantidades, os chamados “açúcares livres” são prejudiciais à saúde, pois aumentam o risco de problemas cardiovasculares, diabetes do tipo 2 e alguns tipos de câncer. Assim, a Organização Mundial da Saúde (OMS) recomenda que a ingestão diária dessas substâncias não ultrapasse 10% do total de calorias da dieta, tanto de adultos quanto de crianças. Outra substância presente em refrigerantes e outras bebidas gaseificadas é o dióxido de carbono dissolvido, que pode ser percebido pela formação de bolhas e pelo som característico ao abrir uma lata ou garrafa dessas bebidas. Uma pequena parte desse gás reage com a água, formando ácido carbônico. H2O(l) + CO2(g) ê H2CO3(aq)

ALENA OHNEVA/SHUTTERSTOCK.COM

A maior parte, no entanto, mantém-se dissolvida, de modo que a concentração de ácido carbônico não representa riscos à saúde. Outro ácido presente em refrigerantes é o ácido fosfórico (H3PO4), adicionado como conservante e para conferir um sabor levemente ácido à bebida, típico de sabores “cola”. Essa substância, quando se dissocia, forma íons fosfato (PO43_) e pode influenciar a absorção de íons de cálcio (Ca2+). Leia o texto a seguir sobre esse assunto. […] Os fosfatos estão disponíveis em praticamente todos os alimentos […]. Já quantidades proporcionais de Ca [cálcio] não são consumidas se não houver um esforço consciente no sentido de selecionar porções suficientes de alguns alimentos ricos no elemento. […] O Ca também influi na absorção de fosfato, estimando-se que a absorção de ambos os elementos chega a ser ótima quando a relação Ca/P [fósforo] é igual a 1 […]. Proporções semelhantes de íons Ca e fosfato são também necessárias para que ocorra uma adequada mineralização dos ossos. Tanto a ingestão excessiva de P como o baixo consumo de Ca podem alterar a proporção Ca/P […] e, se este padrão de consumo for crônico, segue-se a perda óssea […]. […] BUZINARO, Elizabeth Fernandes; ALMEIDA, Renata Noêmia Alves de; MAZETO, Gláucia Maria Ferreira da Silva. Biodisponibilidade do cálcio dietético. Arquivos Brasileiros de Endocrinologia & Metabologia, São Paulo, v. 50, n. 5, p. 852-861, out. 2006. p. 857. Disponível em: https:// www.scielo.br/j/abem/a/xRH6G9cvF3jszJ5ksdsxLwx/. Acesso em: 21 set. 2024.

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UNIDADE

Sabor original

Zero açúcar

Ingredientes: água, açúcar, dióxido de carbono, corante: caramelo E-150d, acidulante: ácido fosfórico e aromas naturais (incluindo cafeína).

Ingredientes: água, dióxido de carbono, corante: caramelo E-150d, edulcorantes: ciclamato de sódio, acessulfame K e aspartame, acidulante: ácido fosfórico, aromas naturais (incluindo cafeína) e regulador de acidez: citrato de sódio. Contém fenilalanina.

INFORMAÇÃO NUTRICIONAL Porção

100 mL

250 mL (%VD*)

Valor energético 180 kJ/42 kcal Açúcares totais 10,6 g Proteínas 0g Gorduras totais 0g Gorduras saturadas 0g Sódio 0g

450 kJ/105 kcal (5%) 27 g (10%) 0 g (0%) 0 g (0%) 0 g (0%) 0 g (0%)

BENTINHO

Os ingredientes e suas respectivas quantidades devem ser informados nos rótulos das bebidas industrializadas, de acordo com a legislação específica para o tipo de bebida. A seguir, estão as informações nutricionais de dois refrigerantes, um classificado como sabor original e outro, como zero açúcar.

INFORMAÇÃO NUTRICIONAL Porção

100 mL

250 mL (%VD*)

Valor energético 0,9 kJ/0,2 kcal Açúcares totais 0g Proteínas 0g Gorduras totais 0g Gorduras saturadas 0g Sódio 0,02 g

2,7 kJ/1 kcal (0%) 0 g (0%) 0 g (0%) 0 g (0%) 0 g (0%) 0,06 g (1%)

Informação nutricional de determinado refrigerante nas versões original e zero açúcar (%*: percentual do valor diário com base em uma dieta de 2 000 kcal ou 8 400 kJ). Agora, faça o que se pede em cada item.

Não escreva no livro.

1. Alguns estudos sugerem que a ingestão excessiva de refrigerantes pode estar associada a problemas nos dentes e nos ossos. Com base nas informações fornecidas, formule uma explicação e relacione a composição dessas bebidas e o enfraquecimento desses tecidos.

YANGYANG FANG/SHUTTERSTOCK.COM

2. Ao colocar um ovo em um recipiente contendo vinagre, nota-

-se a formação de bolhas na superfície da casca em contato direto com a solução. A casca do ovo é composta basicamente de carbonato de cálcio (CaCO3), e o vinagre contém ácido acético (CH3COOH). Esse ácido, quando ionizado, forma íons acetato (CH3COO_). Após determinado tempo em contato, o vinagre provoca o enfraquecimento da casca do ovo. A reação entre o ácido acético e o carbonato de cálcio pode ser representada da seguinte maneira: CaCO3(s) + CH3COOH(aq) ê Ca(CH3COO)2(aq) + H3CO2(aq) Reflita sobre essa situação e responda às questões. a) Como você explicaria a formação de bolhas formadas na superfície do ovo?

Ovo cru submerso em solução de vinagre.

b) Quais são as similaridades entre essa situação e a situação envolvendo o consumo de refrigerantes com alto teor de ácido fosfórico?

3. Estruture um texto informativo no formato de uma postagem em uma rede social, utilizando esquemas e ilustrações, para informar as pessoas de seu convívio sobre os riscos da ingestão de refrigerantes em excesso.

4. Analisando os rótulos dos refrigerantes nas versões original e zero açúcar, qual substância apresenta maior concentração em cada um deles? Se uma pessoa consumir 4 copos de 250 mL cada da versão original, estará ingerindo qual porcentagem de açúcar?

5. Pensando na redução de açúcares totais, o refrigerante na versão zero açúcar oferece riscos à saúde quando se analisa sua composição?

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UNIDADE

Respostas e comentários estão disponíveis nas Orientações para o professor.

1. Em seu entendimento, qual é o papel da energia na ocorrência das transformações físicas e químicas?

2. O que pode significar a afirmação chegar a um estado de equilíbrio dinâmico?

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JOÃO PRUDENTE

TEMA

Química e energia

As locomotivas a vapor representam um marco histórico para o desenvolvimento da Termodinâmica, já que seu funcionamento se baseia na transformação da energia térmica em energia mecânica. Locomotiva saindo da estação Anhumas, em Campinas (SP), 2020.

Respostas e comentários deste Tema estão disponíveis nas Orientações para o professor.

Nos últimos séculos, o avanço da Ciência permitiu o surgimento de diversas áreas de estudo que buscam compreender fenômenos diversos. Entre essas áreas, muitas se dedicam à investigação de materiais e suas transformações, desde fenômenos cotidianos até processos industriais complexos. Um desses campos é a Termodinâmica, que se concentra no estudo da energia e de suas transformações. Ela permite a compreensão de como a energia é transferida, armazenada e utilizada em diferentes sistemas, sejam eles físicos ou químicos. A Termodinâmica abrange uma vasta gama de aplicações, desde o funcionamento de motores a combustão até o comportamento de sistemas biológicos. Nesse contexto, surge a Termoquímica, um subcampo que se dedica a investigar as variações de energia que acompanham as transformações químicas. A Termoquímica tem como objeto de estudo o calor liberado ou absorvido pelas reações químicas, ajudando a entender como a energia está envolvida na quebra e na formação de ligações entre átomos e moléculas. Com o conhecimento gerado por esse subcampo, é possível aperfeiçoar processos industriais, a produção de combustíveis e a fabricação de materiais. Pode-se também, com suas ferramentas conceituais, abordar fenômenos naturais, como a respiração celular e a fotossíntese. Em outras palavras, a Termoquímica possibilita a compreensão dos processos energéticos que regem tanto as inovações tecnológicas quanto o mundo natural. Assim, ao estudar esse subcampo, é possível se tornar apto para enfrentar desafios contemporâneos, como a busca por fontes de energia renováveis.

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UNIDADE

Para dar início aos estudos de Termoquímica, é preciso conhecer alguns Não escreva conceitos e nomenclaturas. REfliTA no livro. O primeiro conceito a ser abordado é a temperatura (T). Trata-se de 1 Por que sentimos um parâmetro relacionado à energia cinética média, ou seja, ao grau de frio? agitação e de movimento de um conjunto de partículas (átomos, moléculas, íons etc.). Quanto maior for a temperatura, maior A B A B A B será o movimento das partículas e, consequentemente, maior será a energia cinética delas. Já o calor (Q) pode ser entendido como a TA . TB T’A = T’B Equilíbrio térmico energia térmica em movimento. Ele é transfeEnergia térmica rido espontaneamente de um corpo com maior Representação de transferência espontânea de calor. temperatura para outro com menor temperatura até que as temperaturas se igualem. É por isso SOBRE que, por exemplo, uma xícara de chocolate quente Nesse contexto, o termo corpo se refere a qualquer esfria ou um cubo de gelo derrete quando são deiporção de matéria que possa ser individualizada e xados em repouso à temperatura ambiente. No considerada um objeto de estudo. Um corpo pode primeiro caso, o calor é transferido do líquido para ser um objeto macroscópico, como um carro ou uma o ambiente (a temperatura do líquido é maior do pedra, ou uma partícula microscópica, dependendo do que a ambiente); no segundo, a transferência de contexto da análise. Em geral, a expressão é usada para calor ocorre do ambiente para o cubo de gelo (a descrever um sistema que tem massa, ocupa espaço e temperatura ambiente é maior do que a do cubo pode ser sujeito a forças, movendo-se ou interagindo de gelo). Acompanhe uma representação de procom outros corpos de acordo com as leis da Física. cesso de transferência espontânea de calor. Os corpos A e B estão inicialmente a temperaturas diferentes, sendo a temperatura de A maior do que a de B. Se eles forem colocados em contato, a energia térmica é transferida de A para B até que, após certo tempo, suas temperaturas se igualam. Nesse contexto, um equilíbrio térmico é atingido.

EDITORIA DE ARTE

Introdução à Termoquímica

AlGO A

É de conhecimento popular que agasalhos e cobertores têm a função de esquentar. Entretanto, não é exatamente isso o que acontece. Eles não transferem calor para o corpo das pessoas, como uma fogueira ou um aquecedor elétrico. Agasalhos e cobertores impedem que o corpo transfira calor para o ambiente, considerando que a temperatura do corpo é maior do que a ambiente em estações frias. A capacidade de impedir a transferência de calor acontece porque agasalhos e cobertores são feitos de materiais, chamados de isolantes térmicos, que dificultam as trocas de calor com o ambiente. A garrafa térmica, por exemplo, também é produzida com materiais que impedem a transferência de calor do líquido para o ambiente. Por causa do material isolante, a temperatura dos líquidos no interior da garrafa pode se manter relativamente estável por longos períodos.

PRYSTAI/SHUTTERSTOCK.COM

Como funcionam agasalhos e cobertores?

Materiais isolantes térmicos, como agasalhos e cobertores, dificultam as trocas de calor.

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A unidade de medida para energia, adotada pelo Sistema Internacional de Unidades, é o joule (J). Entretanto, em muitas situações, a energia também é representada por uma unidade de medida chamada caloria (cal). Uma caloria equivale a aproximadamente 4,18 J e é definida como a energia necessária para elevar a temperatura de 1 g de água de 14,5 °C para 15,5 °C à pressão atmosférica de 1 atm. Em pesquisas científicas, ao descrever determinado fenômeno ou objeto de estudo, é fundamental ser sistemático e objetivo. É importante deixar claras as condições em que as observações foram feitas. Considere um estudo a respeito das trocas de calor em um copo com café quente. A região do universo que será estudada (no caso, o copo e seu conteúdo) chama-se sistema, e a região que está ao redor do sistema é chamada vizinhança. Além disso, o sistema é separado da vizinhança por uma fronteira, que é o limite entre essas regiões. Os sistemas, de acordo com as interações com a vizinhança, podem ser de três tipos: aberto, fechado ou isolado.

FOTOFERMER/SHUTTERSTOCK.COM

Vale mencionar que essas definições são relativas. Um sistema pode passar a englobar parte da vizinhança e se tornar outro sistema sob estudo.

Em um sistema aberto, é possível haver troca de matéria e de energia com a vizinhança. Por exemplo, um copo de café quente, destampado, libera calor e vapor de água para a vizinhança.

Um sistema fechado permite apenas a troca de energia, mas não de matéria, com a vizinhança. O copo de café com tampa, idealmente (já que essas tampas apresentam frestas), corresponderia a um sistema fechado. Nesse caso, não há liberação de vapor de água para o ambiente, mas há troca de calor com a vizinhança.

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Um copo sem tampa representa um sistema aberto. As paredes do copo representam a fronteira, e o exterior, a vizinhança.

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Um copo tampado representa, idealmente, um sistema fechado. As paredes e a tampa do copo representam a fronteira, e o exterior, a vizinhança.

Já um sistema isolado não permite a troca de matéria nem de calor com a vizinhança. Pode-se considerar, por exemplo, também idealmente, uma garrafa térmica tampada como um sistema isolado. As paredes desse objeto são duplas, intercaladas por um espaço vazio (vácuo), o que dificulta bastante as trocas de calor entre o líquido em seu interior e a vizinhança. Uma garrafa térmica representa, idealmente, um sistema isolado. As paredes duplas e a tampa da garrafa representam a fronteira, e o exterior, a vizinhança.

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UNIDADE

Representação de transformações exotérmicas e endotérmicas 2 Que processos você

Não escreva no livro.

conhece que cedem Para o preparo de sorvete ou picolé, além dos ingredientes necessários energia ao ambienpara obter o sabor desejado, é fundamental utilizar uma máquina que retire o te? E os que recebem calor da mistura dos ingredientes, diminuindo sua temperatura e permitindo energia do ambiente? que o sorvete atinja uma textura cremosa. Dessa maneira, pode-se dizer que a transformação que acontece no sistema, a mudança para um material mais cremoso e menos líquido, é exotérmica (exo- vem do grego ékso, que significa “para fora”). Assim, um processo exotérmico é aquele em que o sistema libera calor para a vizinhança. Considerando o sorvete um sistema que passa por uma transformação física, pode-se afirmar que a solidificação é um processo que envolve a liberação de calor. Há muitas transformações químicas que são Etapa do processo de produção de sorvete. exotérmicas. Como exemplo, é possível citar a ERNESTO REGHRAN queima de gás metano, combustível usado para a geração de energia em algumas propriedades rurais. Em reações exotérmicas, a energia final do sistema (energia dos produtos) é menor do que a energia inicial (energia dos reagentes). O processo exotérmico pode ser representado por um gráfico de energia em função do caminho da reação na qual o patamar energético dos reagentes é mais alto do que o dos produtos.

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REfliTA

EDITORIA DE ARTE

Representação de um processo exotérmico hipotético

Energia liberada

Energia

Reagentes

Produtos

Caminho da reação Fonte: Dados fictícios.

Sistema biodigestor utiliza o dejeto de vacas-leiteiras para a geração de energia em propriedade rural. Carambeí (PR), 2021.

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ESPAÇOS DE APRENDiZAGEM

• A reportagem comenta a gravidade da situação da geleira Thwaites, que está derretendo mais rápido do que se imaginava. DERRETIMENTO da ‘geleira do juízo final’ é mais alarmante do que se pensava. UOL, [s. l.], 23 maio 2024. Disponível em: https:// noticias.uol.com.br/ ultimas-noticias/agenciaestado/2024/05/23/ geleira-do-juizo-finalrisco-de-derreterestudo.htm. Acesso em: 1 out. 2024.

Já o derretimento das geleiras em razão do fenômeno do aquecimento global é um exemplo de processo em que a vizinhança (o ambiente) transfere calor para o sistema (as geleiras). Pode-se dizer que a transformação que acontece nesse sistema é endotérmica (endo- vem do grego éndon, que significa “para dentro”). Assim, um processo endotérmico é aquele em que o sistema recebe calor da vizinhança.

Em 2024, verificou-se que o derretimento de geleiras tem sido mais acelerado do que os cientistas esperavam, indicando o agravamento do aquecimento global. Geleiras na Antártica, 2023.

CDUVALMA/SHUTTERSTOCK.COM

Há transformações químicas que são endotérmicas. Muitos alimentos são assados, fritos ou cozidos para que a textura e o sabor originais sejam transformados. Todas essas formas de preparo apresentam uma semelhança: a vizinhança (alguma fonte de calor) fornece calor para o sistema (o alimento). Em reações endotérmicas, a energia final do sistema (energia dos produtos) é maior do que a energia inicial (energia dos reagentes). O processo endotérmico também pode ser representado por um gráfico de energia em função do caminho da reação na qual o patamar energético dos reagentes é mais baixo do que o dos produtos.

O sorvete frito é preparado mergulhando rapidamente uma bola de sorvete, previamente empanada, em óleo muito quente. A crosta formada ao redor do sorvete absorve grande parte do calor da fritura e impede o sorvete de derreter.

Representação de um processo endotérmico hipotético Produtos

Reagentes

EDITORIA DE ARTE

RSTO CK.C OM

Energia absorvida

SHUTTE

Energia

IWAN MAWANTO/

Caminho da reação Fonte: Dados fictícios.

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Of¡C¡na C¡enT f¡Ca

UNIDADE

Reações químicas podem ser utilizadas para produzir calor?

Neste experimento, será analisado o enferrujamento acelerado de um chumaço de palha de aço em contato com vinagre, que age como um facilitador e remove a camada protetora da superfície da palha de aço. O objetivo do experimento é demonstrar que a oxidação do ferro envolve a liberação de energia na forma de calor, bem como explorar as evidências da ocorrência de reação química.

EDINALDO MACIEL/SHUTTERSTOCK.COM

Materiais • Palha de aço. • 1 colher de sopa. • 1 copo de plástico transparente e resistente. • 1 tampa de plástico ou filme estirável de PVC para vedar o copo. • Vinagre. Na ausência de um termômetro, é possível sentir o aumento de temperatura tocando • Termômetro digital. na parte externa do copo. Apesar de não haver riscos de queimaduras, orientar os estudantes nesse procedimento.

Procedimentos

• Abra a palha de aço para aumentar sua área de contato. • Coloque-a dentro do copo. • Meça a temperatura do sistema com um termômetro.

Palha de aço.

Não ingira ou inale soluções utilizadas em atividades práticas. Este experimento não representa grande perigo nem gera resíduos perigosos, mas é importante usar óculos e luvas de proteção. Consulte o professor a respeito do descarte adequado dos materiais utilizados.

• Coloque uma colher de sopa de vinagre dentro do copo. • Cubra o copo com a tampa ou o filme de PVC (certifique-se de que está muito bem vedado). • Agite o copo para espalhar o vinagre por toda a palha de aço. • Retire a tampa ou o filme de PVC e meça novamente a temperatura do sistema. AT¡v¡DaDeS

Não escreva no livro.

1. O que ocorreu com a temperatura do sistema? 2. O que aconteceu com a palha de aço e com o vinagre? 3. De onde veio a energia térmica?

Calorimetria Conhecer a quantidade de calor envolvida em determinado processo químico pode ser muito vantajoso. Para a construção de motores a combustão, por exemplo, como os dos carros, é necessário saber quanto calor será produzido, não só para desenvolver um sistema que permita um melhor aproveitamento do calor gerado como também para promover um resfriamento adequado.

REfliTA

Não escreva no livro.

3 Por que é importante conhecer o valor energético dos alimentos? Como essa informação pode ser útil no dia a dia?

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VINÍCIUS FIORATTI

Pode ser interessante introduzir um pouco de contexto histórico, comentando com os estudantes que Lavoisier e Laplace inventaram o calorímetro de gelo em 1784. Para saber mais, recomenda-se a leitura do artigo “Calorímetro de gelo: uma abordagem histórica e experimental para o ensino de química na graduação”, disponível em: http://static.sites.sbq.org.br/quimicanova.sbq.org.br/pdf/Vol33No9_1829_29-ED09749. pdf (acesso em: 1 out. 2024).

O calor pode ser medido com a utilização de calorímetros, por meio de um conjunto de técnicas e métodos Recipiente isolado chamado calorimetria. Um dos tipos mais comuns de calorímetro, conhecido como calorímetro de bomba (ou calorímetro de volume constante), é composto de uma Termômetro câmara de combustão, onde o material a ser analisado, geralmente um alimento ou um combustível, é queimado. A câmara fica imersa em água, e termômetros Agitador medem a variação de temperatura da água. Como esse Bomba ou câmara de é um sistema isolado, todo o calor proveniente da comcombustão bustão do objeto em estudo é absorvido pela água. Água Recipiente Uma das aplicações do calorímetro é a deterde amostra minação aproximada da quantidade de calorias, Elaborado com base em: ATKINS, P.; JONES, L. também chamada de valor energético, que os Princípios de Química: questionando a vida moderna. alimentos fornecem quando são digeridos. A quan3. ed. Porto Alegre: Bookman, 2007. p. 316. tidade de calor (Q) pode ser calculada por meio da Representação de calorímetro de bomba, multiplicação entre a variação de temperatura da instrumento utilizado para medir o calor envolvido em transformações químicas ou físicas água (DT), a massa de água utilizada no calorímetro (imagem sem escala; cores fantasia). (m) e a capacidade térmica específica (c) da água, também chamada de calor específico. A capacidade térmica específica, ou o calor específico, corresponde à quantidade de energia necessária para elevar em 1 °C a temperatura de 1 g de uma substância. No caso desse calorímetro, é usada a água como referência, independentemente do alimento que está sendo queimado na câmara de combustão. O sinal da quantidade de calor está atrelado ao tipo de processo que ocorre. Se for um processo que envolve absorção de calor, endotérmico, Q é positivo; se for um processo que envolve liberação de calor, exotérmico, Q é negativo. Terminais elétricos

Q = m ? c ? DT Imagine que você deseja saber quão calórica é uma barra de chocolate. Para isso, basta utilizar o calorímetro com uma quantidade conhecida desse chocolate e monitorar a variação de temperatura da água, cuja quantidade também deve ser conhecida. Suponha que a quantidade de chocolate utilizada tenha sido 1 g, o calorímetro tenha 1 000 g de água e a variação de temperatura tenha sido de 5 °C. Sabendo que a capacidade térmica específica da água é 1 cal/g ? °C, pode-se calcular a quantidade de calorias em 1 g do chocolate. Q = 1 000 g ? 1 cal/g °C ? 5 ? °C Q = 5 000 cal É importante ter em mente que o processo de digestão é mais complexo do que o simulado em um calorímetro, o que significa que o valor obtido não é exatamente igual ao que o alimento libera durante a digestão. Entretanto, a simulação é precisa o suficiente para auxiliar no entendimento do valor energético e da composição dos alimentos.

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UNIDADE

AlGO A

A verdade sobre as calorias [...] Usando um aparelho chamado calorímetro respiratório, que mede a inspiração de oxigênio e a expiração de CO2, é possível calcular quanta energia o organismo está consumindo em um determinado momento. Fazendo essa medição, várias pesquisas constataram que, depois que comemos, nosso gasto calórico aumenta – porque a digestão dos alimentos consome uma parte da energia contida neles. A proteína é o nutriente que mais requer energia para ser digerido – de 20% a 35% das calorias contidas no alimento são gastas no próprio processo de digestão e processamento dele. Isso significa que, se você comer 100 kcal de proteína, o seu corpo só vai ficar com 65 a 80 kcal “líquidas”, para sustentar o organismo. Já as gorduras e os carboidratos dão bem menos trabalho para serem metabolizados: sua digestão exige apenas 5% a 15% do total de energia. O gasto exato varia de pessoa para pessoa. [...] Agora fica fácil entender por que certas comidas com menos calorias podem provocar mais aumento de peso. Um pão integral com muita fibra e grãos inteiros, por exemplo, pode até ter mais calorias que um pão branco. Mas é bem mais difícil de digerir. Como resultado, você gasta mais energia para absorvê-lo, durante mais horas, e obtém menos calorias no final. Já o pão branco é tão fácil de digerir que se transforma em açúcar rapidamente. E o seu organismo transforma esse excesso de açúcar em gordura corporal. [...] SZKLARZ, Eduardo; GARATTONI, Bruno. A verdade sobre as calorias. Superinteressante, [s. l.], 15 jan. 2020. Disponível em: https://super.abril.com.br/saude/a-verdade-sobre-as-calorias/. Acesso em: 12 out. 2024.

Interpretando a capacidade térmica específica A capacidade térmica específica pode ser expressa em joule ou caloria. Essa propriedade é fundamental para entender como diferentes materiais respondem a uma fonte de calor. Analise, na sequência, valores de capacidade térmica específica de alguns materiais. Capacidade térmica específica de alguns materiais Material

Capacidade térmica específica

Água (líquida)

4,20 J/g ? °C

Água (gelo)

2,10 J/g ? °C

Etanol

2,40 J/g ? °C

Granito

0,80 J/g ? °C

Cobre

0,39 J/g ? °C

Vidro

0,67 J/g ? °C

Areia

0,84 J/g ? °C

Fonte: THE CHINESE UNIVERSITY OF HONG KONG. Specific heat capacity. Hong Kong: Department of Physics, [c2023]. Disponível em: http://www.phy.cuhk.edu.hk/contextual/heat/tep/temch02_e.html. Acesso em: 1 out. 2024.

Pode-se tomar como exemplo o que acontece com uma cadeira metálica em um dia de sol na praia ou na piscina. Se você se sentar em uma cadeira que ficou exposta ao sol por algumas horas, vai perceber que ela está bem quente. Isso acontece porque os metais têm capacidades térmicas específicas baixas, ou seja, é necessária pouca energia para que a temperatura desses metais aumente.

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KENKISTLER/SHUTTERSTOCK.COM

A capacidade térmica específica explica o comportamento de materiais expostos ao calor. Sendo assim, evite usar cadeiras metálicas expostas ao sol, pois elas têm baixa capacidade térmica específica. Dê prioridade a cadeiras de plástico ou de madeira.

O cobre, por exemplo, que é um metal, tem uma capacidade térmica específica de apenas 0,39 J/g ? °C, o que significa que ele aquece rapidamente quando comparado a outros materiais. Já um balde com água, com massa total semelhante à da cadeira, e que também tenha ficado exposto ao sol no mesmo intervalo de tempo, não aquece tão intensamente. Esse fenômeno ocorre porque a capacidade térmica específica da água é muito mais alta do que a dos metais. A água líquida possui uma das maiores capacidades térmicas específicas entre os materiais comuns, em torno de 4,20 J/g ? °C. Isso significa que, em um mesmo intervalo de tempo, a água precisa receber muito mais energia para que sua temperatura tenha uma variação semelhante à variação de temperatura do metal da cadeira. Enquanto o metal esquenta rapidamente, a água permanece relativamente fresca, agindo como um regulador térmico, o que é um dos motivos pelos quais a água é usada para resfriamento em vários processos industriais. A comparação entre a capacidade térmica específica de diferentes materiais permite entender melhor como eles respondem ao calor. Por exemplo, o granito, uma rocha comum, tem uma capacidade térmica específica de 0,80 J/g ? °C, o que significa que esquenta mais lentamente que o cobre, mas mais rapidamente que a água. Materiais como o vidro (0,67 J/g ? °C) e a areia (0,84 J/g ? °C) também se aquecem relativamente rápido, o que justifica a areia da praia ficar quente sob o sol. Essa propriedade é essencial em várias áreas, como Engenharia e Ciência dos materiais, em que o entendimento dessas diferenças pode melhorar a eficiência de processos térmicos e o uso adequado de materiais.

AT¡v¡DaDeS

Não escreva no livro.

1. Pense sobre o termo Termodinâmica. O que

a pressão interna da panela, a fim de reduzir essa pressão por meio da liberação de vapor de água.

2. Considerando uma temperatura ambiente de

a) Como esse sistema pode ser classificado antes e depois do acionamento da válvula?

você acha que ele significa?

25 °C, indique se os corpos em cada item a seguir absorvem ou liberam calor. a) Uma xícara de chocolate quente deixado sobre uma mesa. b) Um cubo de gelo sobre a pia. c) Uma embalagem de leite recém-colocada dentro da geladeira.

d) Uma embalagem de leite que permaneceu fechada durante a noite em que ficou na geladeira.

3. Você considera a expressão “feche a janela para não deixar o frio entrar” cientificamente correta?

4. As panelas de pressão convencionais têm uma

válvula de escape que é acionada de acordo com

b) O que aconteceria se a panela de pressão não possuísse uma válvula de escape para o vapor de água?

5. Cite três sistemas de cada tipo (aberto, fechado e isolado) que você conhece.

6. Descreva como devem ser as representações

gráficas de uma reação exotérmica e de uma reação endotérmica.

7. Explique, com suas palavras, o significado do

conceito de capacidade térmica específica. Inclua na sua explicação exemplos de como ele pode ser usado para explicar fenômenos observados no dia a dia.

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REfliTA

Não escreva no livro.

1 Qual é a importância

de calcular a energia de um processo?

SOBRE

Por energia interna do sistema, entende-se a soma da energia cinética, relacionada ao movimento das partículas, e da energia potencial elétrica, que se origina das interações entre os átomos das substâncias.

UNIDADE

TEMA

Entalpia e lei de Hess Respostas e comentários deste Tema estão disponíveis nas Orientações para o professor.

A entalpia e a lei de Hess são ferramentas conceituais importantes, principalmente na otimização de processos químicos em indústrias, como a petroquímica e a farmacêutica. Conhecer a entalpia de uma reação possibilita controlar o calor envolvido nela, o que é essencial para atingir uma eficiência energética. Já o uso da lei de Hess simplifica o cálculo da energia total envolvida em reações complexas, facilitando a escolha de caminhos mais eficientes para a realização dessas reações. Esses conceitos ajudam a reduzir custos e a aumentar a eficiência de processos industriais, impulsionando avanços tecnológicos em diversas áreas.

Entalpia A entalpia (H) está relacionada à energia interna de um sistema e a outras propriedades, como pressão e volume. Por causa dessa relação, a entalpia é expressa, no Sistema Internacional de Unidades, em joule (J). O entendimento completo dessa relação exige conhecimentos mais avançados do que os normalmente abordados nesta etapa da Educação Básica. Portanto, para simplificar, considera-se a entalpia como uma ferramenta matemática que fornece informações importantes sobre as transformações. A entalpia é numericamente igual ao calor envolvido em uma transformação à pressão constante. Ou seja, ao calcular a variação de entalpia (DH), obtém-se a quantidade de calor que foi absorvido ou liberado durante uma transformação. Para o cálculo da variação de entalpia de uma transformação, considera-se a diferença entre a entalpia final dos produtos e a entalpia inicial dos reagentes, já que ela é uma função de estado, isto é, uma grandeza que descreve o estado do sistema independentemente de como ele é alcançado.

RUBENS CHAVES/PULSAR IMAGENS

Complexo petroquímico em Camaçari (BA), 2017.

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A equação a seguir é uma ferramenta matemática útil porque a maioria das reações químicas acontece à pressão constante (por exemplo, à pressão atmosférica) ou se desenvolve em sistemas industriais controlados. DH = Hprodutos _ Hreagentes No entanto, é preciso reforçar que calor e entalpia não são sinônimos, uma vez que calor é um conceito relacionado à energia térmica, enquanto entalpia funciona como um recurso matemático para avaliar as trocas de calor em um sistema. A razão para não calcular o calor diretamente em certos casos é que essa tarefa pode ser bastante complicada. Por isso, é mais eficiente determinar a entalpia utilizando variáveis, como pressão e volume, os quais variam durante as transformações.

FORMAÇÃO CiDADÃ

A entalpia e a produção de alimentos A produção de alimentos no Brasil envolve inúmeras variáveis que impactam diretamente cada tipo de cultura. Uma dessas variáveis é o clima, que apresenta variações extremas no Brasil. Em algumas regiões, as temperaturas são muito baixas e, em outras, as temperaturas são extremamente elevadas.

ADRIANO KIRIHARA

Essa variabilidade se torna um desafio para os grandes produtores, que têm recursos e incentivos governamentais, e também para os pequenos produtores, como aqueles que adotam o sistema de agricultura familiar.

Extremos de temperatura prejudicam todo o ciclo de desenvolvimento das plantas. Na imagem, plantação de café afetada por geada. Indianópolis (MG), 2021. Além de conhecimentos sobre as substâncias químicas que podem ser utilizadas para enriquecer o solo de nutrientes e auxiliar no crescimento das plantas, pesquisas estão sendo desenvolvidas com base em outros conceitos químicos, como a entalpia. A seguir, leia um texto sobre o assunto.

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[...] A entalpia é uma ferramenta termodinâmica usada para calcular o calor envolvido em processos que ocorrem em pressão constante, sendo uma ferramenta sugerida para manter as hortaliças em conforto térmico suficiente em termos de troca de calor. [...] “A estratégia é baseada em medidas físicas do meio ambiente e podem ajudar a decidir como manter as hortaliças com conforto suficiente em termos de troca de calor. Estamos utilizando várias alturas diferentes, e no final da produção conseguimos encontrar qual será a mais adequada para a produção da hortaliça, principalmente no período de muito calor. A ideia é encontrar qual a melhor condição de usar a tela de sombreamento em hortas, em relação à altura, através das variáveis da termodinâmica”, explicou o professor [Gutierrez Rodrigues de Morais]. [...] O ambiente protegido possibilita a criação de um microclima favorável ao cultivo de hortaliças, proporcionando um certo controle das variáveis climáticas, como temperatura, umidade, radiação solar e vento. O experimento, que será finalizado este mês, conta com a parceria de pequenos produtores da agricultura familiar. Os resultados esperados são de encontrar a melhor condição térmica para o plantio de hortaliças na região Tocantina, auxiliando os pequenos produtores. O projeto passou por diversas fases, iniciando com o estudo da Termodinâmica clássica, estudo da Entalpia, preparação das hortas para o plantio das hortaliças, monitoramento da umidade relativa e temperatura nas hortas, e encontra-se em sua fase final, que é a análise e discussão dos dados obtidos.

UNIDADE

MARCONCCINE, Mari. Campus Estreito desenvolve projeto no plantio de hortaliças, utilizando a entalpia. [S. l.]: Uemasul, 30 ago. 2023. Disponível em: https://www.uemasul.edu.br/campus-estreito-desenvolve-projeto-noplantio-de-hortalicas-utilizando-a-entalpia/. Acesso em: 3 out. 2024.

AT¡v¡DaDeS

Não escreva no livro.

1. Descreva o clima de sua região. 2. Quais são as plantações mais comuns nas proximidades da sua residência e da sua escola? 3. Com base no texto, explique o que é o microclima. 4. Como a entalpia pode ser usada para criar um ambiente de conforto térmico para as plantas?

Entalpia de formação Na impossibilidade prática de medir a entalpia de todas as reações químicas possíveis de acontecer, cientistas idealizaram um procedimento teórico para o cálculo das variações de entalpia de qualquer reação por meio das entalpias-padrão de formação (DH°f ) das substâncias. Elas são definidas como as variações de entalpia de uma reação química para a formação de 1 mol dessas substâncias a partir de substâncias simples no estado-padrão. O valor de entalpia-padrão para toda substância simples em seu estado mais estável é igual a zero, e para toda substância composta ou fora do estado mais estável é diferente de zero. Por exemplo, as entalpias-padrão de formação do gás hidrogênio (H2) e do gás oxigênio (O2), substâncias simples, ou da grafita (C), substância no estado mais estável, são iguais a zero; já a água (H2O), substância composta, e o diamante (C), que não é a fase mais estável do carbono, têm entalpias-padrão de formação diferentes de zero.

SOBRE

No contexto de entalpia, o termo padrão remete a condições específicas, determinadas por convenção, de pressão e temperatura, respectivamente, 1 atm e 25 °C.

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H JP

T TO

HU S/S

RSTO TT E

CK.COM

A entalpia-padrão de formação de uma substância composta pode ser determinada por meio de uma reação em que os reagentes são substâncias simples. Como muitos cálculos e determinações já foram realizados experimentalmente para diversas substâncias, pode-se utilizar valores preestabelecidos disponíveis em livros e manuais. Entalpias-padrão de formação de algumas substâncias a 298 K

A grafita, forma alotrópica mais estável do carbono, tem entalpia-padrão de formação igual a zero.

Fonte: BROWN, Theodore Lawrence et al. Química: a ciência central. 13. ed. São Paulo: Pearson, 2016. p. 196.

Substância

Fórmula

DH°f

Acetileno

C2H2(g)

+226,7 kJ/mol

Água

H2O(l)

_285,8 kJ/mol

Amônia

NH3(g)

_46,19 kJ/mol

Benzeno

C6H6(l)

+49, 0 kJ/mol

Cloreto de hidrogênio

HCl(g)

_92,30 kJ/mol

Dióxido de carbono

CO2(g)

_393,5 kJ/mol

Etanol

C2H5OH(l)

_277,7 kJ/mol

Fluoreto de hidrogênio

HF(g)

–268,6 kJ/mol

Glicose

C6H12O6(s)

_1 273 kJ/mol

Metano

CH4(g)

_74,8 kJ/mol

Monóxido de carbono

CO(g)

_110,5 kJ/mol

Utilizando DH°f das substâncias participantes de uma transformação, é possível calcular a variação de entalpia-padrão de uma reação por meio da seguinte equação: DH° = EDH°f (produtos) _ EDH°f (reagentes) Na equação, o símbolo E significa somatória. Assim, para determinar a variação de entalpia-padrão de uma reação qualquer, devem ser somadas todas as entalpias-padrão de formação das substâncias produtos, e subtraída desse resultado a soma de todas as entalpias-padrão de formação das substâncias reagentes.

Entalpia de ligação É possível verificar a variação de entalpia de uma reação química por meio do cálculo das energias envolvidas no rompimento e na formação de ligações químicas. Para que ligações químicas se rompam, é preciso haver absorção de energia. Já a formação de ligações químicas resulta em liberação de energia. DHL = Hligações rompidas _ Hligações formadas = HL (reagentes) _ HL (produtos)

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UNIDADE

Sendo assim, a entalpia de ligação é a energia necessária para romper 1 mol de ligações químicas covalentes, presentes em espécies gasosas a 25 °C e 1 atm, obtendo-se átomos isolados na forma gasosa. A entalpia de ligação é calculada no estado gasoso porque, caso fosse calculada no estado sólido ou líquido, seria necessário considerar a energia envolvida nas interações intermoleculares. SOBRE

Entalpia de ligação e energia de ligação não têm o mesmo significado. Porém, neste livro, para simplificar, esses termos serão utilizados como sinônimos. Assim como os valores de entalpia-padrão, os valores de entalpia de ligação foram determinados experimentalmente. Alguns deles podem ser analisados a seguir. Entalpias médias de algumas ligações Ligação

Entalpia média de ligação

Ligação

Entalpia média de ligação

C-H

413 kJ/mol

C-I

240 kJ/mol

C-C

348 kJ/mol

N-H

391 kJ/mol

ClC

614 kJ/mol

N-N

163 kJ/mol

CmC

839 kJ/mol

N-O

201 kJ/mol

C-O

358 kJ/mol

NlO

607 kJ/mol

ClO

799 kJ/mol

N-F

272 kJ/mol

C-N

293 kJ/mol

N - Cl

200 kJ/mol

C-F

485 kJ/mol

O-H

463 kJ/mol

C - Cl

328 kJ/mol

O-O

146 kJ/mol

C - Br

276 kJ/mol

H-H

436 kJ/mol

OlO

495 kJ/mol

NlN

418 kJ/mol

Fonte: BROWN, Theodore Lawrence et al. Química: a ciência central. 13. ed. São Paulo: Pearson, 2016. p. 342.

Vale destacar que as quebras e as formações do mesmo tipo de ligação envolvem a mesma quantidade de energia. Por exemplo, a quebra de 1 mol de ligações covalentes simples entre dois átomos de carbono é um processo endotérmico, com absorção de energia de +348 kJ, e a formação de 1 mol dessas ligações é um processo exotérmico, com liberação de energia de _348 kJ. O uso de entalpias de ligação possibilita fazer uma estimativa da energia envolvida em uma reação. Algumas reações são extremamente difíceis de serem realizadas em laboratório por causa de determinados fatores, como complexidade, toxicidade, risco de radioatividade, liberação intensa de calor ou alto poder corrosivo. Assim, o valor energético dessas reações pode ser estimado, teoricamente, por meio do cálculo de DHL.

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Lei de Hess REfliTA

Não escreva no livro.

2 Imagine que você está seguindo uma receita para fazer um bolo, mas decide alterar a

REPRODUÇÃO

ordem dos passos – mistura alguns ingredientes antes e outros, depois. Mesmo assim, no final, o bolo sai conforme o esperado. Será que alterar a ordem de mistura dos reagentes altera o resultado energético de uma reação? Como isso se relaciona com a energia envolvida em reações químicas?

A Ciência busca modelos e leis que permitam não só compreender os fenômenos existentes mas também prever ou, ao menos, supor os que não existem. A segunda metade do século XVIII marca o início do que hoje é conhecido como Termoquímica. Durante esse período, cientistas como Antoine-Laurent de Lavoisier e Pierre-Simon Laplace (1749-1827) utilizavam calorímetros para medir o calor liberado e o calor absorvido em reações químicas. Anos depois, em 1840, o geólogo, médico e químico suíço Germain Henri Ivanovitch Hess (1802-1850) publicou um estudo que estabeleceu a lei que ficou conhecida como lei de Hess. Apesar dos progressos feitos por Lavoisier e Laplace em relação aos estudos de troca de calor nas transformações químicas e físicas, as ideias de Hess se basearam na observação de que algumas reações não podiam ser avaliadas com um calorímetro. Em outras palavras, a medição direta da variação de energia de determinadas reações era inviável. Essa limitação surgiu por diversas razões, incluindo a rapidez das reações, que podiam ser muito rápidas ou muito lentas, a possibilidade de explosões e a ocorrência simultânea de várias reações indesejadas. Ao estudar certos tipos de reação, Hess verificou que a quantidade de calor liberado era sempre a mesma, independentemente de o processo ocorrer diretamente ou por meio de etapas intermediárias. Assim, embora não fosse viável calcular exatamente a entalpia de algumas transformações, seria possível estimar seus valores por meio da soma de equações químicas que levassem à reação desejada. O cientista, então, reconheceu que essa observação poderia ser aplicada a qualquer processo HESS, Germain Henri Ivanovich. Mémoires: recherches thermochimiques. Bulletin Scientifique: publié par L’Académie Impériale des Sciences, químico e desenvolveu uma lei, conhecida como Saint-Pétersbourg, t. 8, n. 174, 1840. Primeira página. lei de Hess, a qual afirma que a variação de entalPágina inicial do trabalho de Hess, “Pesquisas pia de uma reação é igual à soma das variações de termoquímicas”, em tradução livre, publicado no boletim científico da Academia Imperial de Ciências entalpia das reações intermediárias que a viabilide São Petersburgo (Rússia). zam, ainda que essas sejam unicamente teóricas.

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UNIDADE

Para que a lei de Hess seja válida, deve-se considerar as diretrizes indicadas a seguir. 1. Se uma equação química for invertida, o sinal de DH também deve ser invertido. 2. Se uma equação química for multiplicada por um coeficiente estequiométrico, seu DH também deve ser multiplicado por esse coeficiente. 3. A variação de entalpia de uma reação depende dos estados físicos de reagentes e produtos. Como exemplo, pode-se observar a reação de formação do metano. C(grafite) + 2 H2(g) H CH4(g)

DH = ?

Para encontrar a entalpia dessa reação, denominada reação global, utilizam-se as reações de formação do dióxido de carbono, de formação da água e de combustão do metano, essas nomeadas reações intermediárias, que têm valores de entalpia definidos. C(grafite) + O2(g) H CO2(g) DH = _94 kcal 1 H2(g) + O2(g) H H2O(l) DH = _68 kcal 2 CH4(g) + 2 O2(g) H CO2(g) + H2O(l) DH = _213 kcal Rearranjando essas equações e cortando as moléculas que se repetem em reagentes e produtos, chega-se ao valor desejado: DH = _17 kcal C(grafite) + O2(g) H CO2(g) DH = _94 kcal 2 H2(g) + 1 O2(g) H 2 H2O(l) DH = 2 ? (_68) = _136 kcal CO2(g) + 2 H2O(l) H CH4(g) + 2 O2(g) DH = +213 kcal C(grafite) + 2 H2(g) H CH4(g) DH = _17 kcal (equação global) Nota-se que a terceira equação intermediária foi invertida, assim como o sinal do DH, satisfazendo a condição 1. Percebe-se também que a segunda equação foi multiplicada por 2, assim como o DH, satisfazendo a condição 2.

AT¡v¡DaDeS

Não escreva no livro.

1. Em seu caderno, faça o que se pede. a) Escreva a equação balanceada referente à obtenção de um mol de água a partir dos gases hidrogênio e oxigênio. b) Calcule a entalpia de ligação da água, considerando o rompimento das ligações dos reagentes e a formação das ligações dos produtos.

2. O ácido sulfúrico (H2SO4) é amplamente utili-

zado na indústria química. Sua produção envolve a conversão do dióxido de enxofre (SO2) em trióxido de enxofre (SO3 ), reação que libera uma grande quantidade de calor.

Em seguida, ocorre a reação com a água, formando o ácido sulfúrico. Explique como a lei de Hess pode ter auxiliado na eficiência da produção desse ácido.

3. Escreva a equação química da formação de

ácido sulfúrico a partir da reação do trióxido de enxofre com a água.

4. Considerando as seguintes entalpias de forma-

ção, determine a variação de entalpia para a formação do ácido sulfúrico. SO3(g) _395,7 kJ/mol H2O(l) _285,8 kJ/mol H2SO4(aq) _814,0 kJ/mol

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TEMA

Cinética química Respostas e comentários deste Tema estão disponíveis nas Orientações para o professor.

DPA PICTURE ALLIANCE/ALAMY/FOTOARENA

Até o momento, foi estudado como e por que as reações químicas ocorrem. Foram abordados os aspectos qualitativos, quantitativos e energéticos das reações, que permitem prever e analisar boa parte dos processos. Mas há um aspecto importante ainda não estudado: a relação das reações químicas com o tempo. Dizer que uma reação acontece pode não ser suficiente, em termos práticos, pois é preciso saber o tempo que ela leva para ocorrer, a fim de avaliar se a reação é adequada a uma aplicação específica. Imagine uma vela queimando. Ela queima devagar, liberando luz e calor por um longo período. Agora, compare isso com um fósforo: ao ser riscado, ele acende quase instantaneamente. Esses dois exemplos ilustram bem como as reações químicas podem ocorrer em ritmos diferentes — umas são lentas, outras são rápidas. Mas por que conhecer a rapidez de uma reação é importante? Compreender a cinética química é essencial para otimizar processos. Por exemplo, em fábricas que produzem medicamentos, a rapidez das reações precisa ser controlada para que os produtos sejam fabricados com segurança e eficiência, sem desperdícios energéticos ou materiais. Em refinarias de petróleo, as reações precisam ser rápidas o suficiente para maximizar a produção, mas controladas para evitar explosões. Na indústria alimentícia, certas fermentações precisam ser mais lentas para garantir a qualidade e o sabor dos produtos. Neste Tema, serão abordados conceitos de cinética química, área da Química que estuda a relação entre as reações e o tempo.

As obras de arte se deterioram por causa de lentas reações de oxidação. Após o processo de restauração, que consiste em várias etapas e envolve produtos que agem rapidamente, as obras adquirem um aspecto bastante próximo do original.

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Teoria das colisões

REfliTA

UNIDADE

Não escreva no livro.

2. A energia cinética das partículas precisa ter um valor mínimo, que deve ser superior ao da energia temporariamente estabelecida na colisão.

1. A orientação espacial das partículas dos reagentes, ao colidirem umas com as outras, deve favorecer a formação de produtos.

AMMUS/SHUTTERSTOCK.COM NORAVECTOR/SHUTTERSTOCK.COM

Para entender como acontecem as reações químicas, é fundamental 1 Com base em tudo que aprendeu até compreender o tipo de comportamento que os constituintes das substâncias agora, como você (átomos, moléculas, íons etc.) devem ter para que as transformações ocorram. supõe que aconNo início do século XX, algumas tentativas de explicar o processo reatecem as reações cional foram bem-sucedidas. Elas foram propostas e publicadas pelo físico químicas em tere químico alemão Max Trautz (1880-1960) e pelo físico e químico britânico mos atômico-moWilliam Lewis (1885-1956), de maneira independente, em 1916 e em 1918, leculares? respectivamente. No entanto, por causa da Primeira Guerra Mundial (19141918), eles não conheceram o trabalho um do outro. Com base nessas duas publicações, a teoria das colisões foi formulada para explicar as transformações em que todos os reagentes se encontram no estado gasoso. Essa teoria pressupõe um movimento aleatório das partículas, no qual elas se chocam umas com as outras de modo também aleatório. Além disso, ela estabelece duas condições fundamentais para que ocorra uma reação.

Considere dois recipientes fechados e conectados um ao outro por uma válvula fechada. Em um dos recipientes, há gás hidrogênio (H2), e, no outro, iodo gasoso (I2). Se a válvula for aberta, de modo a permitir o contato entre os reagentes, haverá reação, resultando na formação do gás iodeto de hidrogênio (HI), conforme representado na equação a seguir.

Representação de uma aparelhagem para estudo de reação entre gás iodo e gás hidrogênio. O sistema adquire um tom de roxo mais claro após a reação, o que indica que parte do iodo não reagiu (imagem sem escala; cores fantasia).

LUIS MOURA

H2(g) + I2(g) H 2 HI(g)

Gases antes da mistura

Um tempo após a reação

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A primeira conclusão que se pode tirar desse experimento hipotético é que, para haver reação, é preciso que os constituintes entrem em contato uns com os outros. No entanto, apenas o contato entre as partículas não é suficiente para que a reação ocorra. É preciso que as colisões sejam efetivas. Para que as colisões sejam efetivas, as duas condições estabelecidas pela teoria da colisão devem ser atendidas: as partículas dos reagentes devem apresentar orientação espacial favorável e devem ter energia cinética suficiente para que haja o rompimento de ligações químicas existentes nos reagentes e a formação de ligações novas nos produtos. A determinação dessa orientação espacial varia de acordo com a constituição e a estrutura das substâncias envolvidas, além de outros fatores. Quando um desses critérios não é atendido, diz-se que a colisão é não efetiva, portanto não há formação de produtos. Colisões não efetivas ORACICART

Orientação espacial desfavorável

Orientação espacial favorável Energia cinética insuficiente Colisões efetivas

Orientação espacial favorável e energia cinética suficiente

Representação de colisões não efetivas (A) e de uma colisão efetiva (B) entre duas moléculas hipotéticas (imagens sem escala; cores fantasia).

REfliTA

Não escreva no livro.

2 No seu entendimen-

to, como as ligações químicas se formam e como elas podem ser rompidas durante as colisões efetivas?

Teoria do estado de transição

A estrutura formada no estado altamente energético de uma reação é, por vezes, chamada de complexo ativado. No entanto, a IUPAC não recomenda mais esse termo, exceto em contextos muito específicos, portanto, não será utilizado neste livro.

Durante uma colisão efetiva, é estabelecido um arranjo altamente energético e instável, no qual as ligações presentes nos reagentes ainda não estão totalmente rompidas e as ligações presentes nos produtos ainda não estão completamente formadas. O período de existência dessa espécie intermediária é denominado estado de transição, já que representa uma transição entre reagentes e produtos.

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UNIDADE

VINÍCIUS FIORATTI

Considere novamente a reação de formação do gás iodeto de hidrogênio (HI) e analise a representação a seguir.

I (iodo) H (hidrogênio) Estado inicial Moléculas dos reagentes

Estado de transição Intermediário

Estado final Moléculas dos produtos

Representação do estado de transição da reação entre os gases iodo e hidrogênio (imagens sem escala; cores fantasia). As linhas tracejadas verticais na representação indicam as ligações que não foram totalmente rompidas, e as horizontais, as ligações que não foram totalmente formadas. A teoria do estado de transição propõe que a energia cinética das partículas dos reagentes que se aproximam é convertida em energia potencial, por causa das interações entre os elétrons e os prótons dos átomos envolvidos. Essa teoria é aplicável às reações no estado gasoso e a contextos mais amplos, como reações em soluções aquosas.

Energia de ativação O estado de transição, ponto de maior energia da reação, forma uma espécie de barreira energética entre os reagentes e os produtos. Para que a reação aconteça, a energia cinética das partículas dos reagentes precisa ser suficiente para transpô-la. Essa barreira é denominada energia de ativação (Ea) e corresponde à energia cinética mínima necessária para que o estado de transição resulte na formação de produtos. É possível representar graficamente todo esse jogo energético envolvido em uma reação, incluindo as energias de reagentes e produtos e a energia de ativação. Note que ela é sempre medida entre os reagentes e o estado de transição.

Reagentes

Estado de transição Estado de transição

Produtos Energia liberada

Produtos

Energia liberada

Produtos

Caminho da Caminho reação da reação Fonte: Dados fictícios.

Reagentes

VINÍCIUS FIORATTI

Energia

Reação endotérmica

Estado de transição Estado de transição

Energia

Reação exotérmica

Produtos

Ea Energia absorvida

Energia absorvida

Reagentes Caminho da Caminho reação da reação Fonte: Dados fictícios.

Representações gráficas de duas reações químicas hipotéticas, incluindo o estado de transição e a energia de ativação. Agora que os requisitos necessários para uma reação ocorrer foram abordados, será estudado como eles podem ser atendidos de modo mais rápido ou mais lento.

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Neste livro, optou-se por usar o termo rapidez de reação, e não velocidade. Velocidade é definida como deslocamento de um corpo no espaço em função do tempo, por isso a escolha de não a utilizar para abordar rapidez de reações. A IUPAC usa o termo em inglês rate, que significa “razão” ou “taxa”, conceitos que, na língua portuguesa, remetem à ideia de variação, mas não de tempo.

REfliTA

O conceito de rapidez de reação

Não escreva no livro.

Ao abordar o tempo necessário para determinada reação ocorrer, é preciso considerar as quantidades dos reagentes ou dos produtos. Assim, para conservar um para classificar as reações em rápidas ou lentas, é preciso tomar como alimento por mais referencial um mesmo intervalo de tempo e considerar as proporções estetempo? quiométricas entre as substâncias. Assim, a rapidez média de uma reação é a razão entre a variação da quantidade de matéria de um reagente (consumido) ou produto (formado), em módulo, e o intervalo de tempo em que a reação ocorre.

3 O que você faria

Rapidez média =

|D[quantidade de reagente ou produto]| Dt

TURTLE ROCK SCIENTIFIC/SCIENCE SOURCE/FOTOARENA

O uso do valor em módulo é necessário para que a rapidez seja sempre um valor positivo, independentemente de se estar monitorando o reagente ou o produto da reação. Diversas grandezas e unidades de medida podem ser utilizadas, dependendo da natureza dos reagentes e dos produtos presentes no meio reacional. Se a reação envolver gases, por exemplo, pode-se calcular a rapidez em termos de volume ou pressão. No caso de sólidos, pode-se medir a variação de sua massa. Para substâncias dissolvidas, usa-se a concentração, e assim por diante. Com relação à variação de tempo, as unidades mais usadas são minuto e segundo. Acompanhe o exemplo da reação entre zinco metálico e ácido clorídrico, que produz cloreto de zinco e gás hidrogênio. Zn(s) + 2 HCl(aq) H ZnCl2(aq) + H2(g) Os cálculos da rapidez média de cada substância podem ser feitos de modo independente e podem considerar as diferentes unidades de medida. Por exemplo, a formação de gás hidrogênio pode ser calculada em termos de massa, volume ou concentração. O consumo de zinco não poderia ser calculado em termos de concentração, mas a formação de cloreto de zinco, sim. No entanto, para calcular a rapidez média da reação, é preciso utilizar a mesma grandeza para todas as substâncias envolvidas. Nesse caso, expressar as variações em termos de massa é bastante conveniente.

Reação entre zinco metálico e ácido clorídrico.

Consumo de reagentes Rapidez média (Zn) =

Rapidez média (HCl) =

|Dm(Zn)| Dt

|Dm(HCl)| Dt

Formação de produtos Rapidez média (ZnCl2) =

Rapidez média (H2) =

|Dm(ZnCl2)| Dt

|Dm(H2)| Dt

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Nas equações, Dm corresponde à variação das massas de cada substância no mesmo intervalo de tempo (Dt). Considerando as proporções estequiométricas, pode-se assumir, por exemplo, que a rapidez média de consumo do ácido clorídrico é duas vezes maior do que a rapidez média de consumo do zinco. Assim, a rapidez média da reação (que pode ser simplificada pela sigla rm) está representada a seguir. rm(reação) =

UNIDADE

rm(Zn) rm(HCl) rm(ZnCl2) rm(H2) = = = 1 2 1 1

Representação gráfica da rapidez de reação É possível utilizar gráficos para analisar os dados cinéticos de uma reação química. Considere a reação de síntese da amônia, desenvolvida pelos químicos alemães Fritz Haber (18681934) e Carl Bosch (1874-1940) durante a Primeira Guerra Mundial, conhecida também como síntese ou processo de Haber-Bosch. 3 H2(g) + N2(g) H 2 NH3(g) Os dados relativos a essa reação podem ser apresentados graficamente da seguinte maneira.

Pressão parcial (atm)

VANESSA NOVAIS

Síntese da amônia 10 9 N2

8 7 6 5

NH3

4 3

Fonte: Dados fictícios.

Representação do desenvolvimento da reação de síntese da amônia em termos de pressão parcial dos reagentes e do produto em função do tempo.

5 Tempo (min)

Note que a curva do produto amônia é ascendente e as curvas dos reagentes gás nitrogênio e gás hidrogênio são descendentes. Essas características são comuns nesse tipo de gráfico e indicam a formação e o consumo de substâncias, respectivamente. As relações estequiométricas também podem ser identificadas por meio da análise desse tipo de gráfico. Curvas mais inclinadas indicam substâncias que são consumidas ou produzidas em proporções maiores. Outra conclusão que se pode tirar da leitura desse tipo de gráfico é que a rapidez do consumo de reagente e a rapidez da formação de produto vão diminuindo conforme o tempo passa. A inclinação da curva informa essa variação de rapidez: nos trechos em que ela está mais inclinada, principalmente no início, a reação é mais rápida. Em outras palavras, quanto maior for a inclinação da curva, maior será a variação de quantidade de uma substância (reagente ou produto) em um determinado intervalo de tempo, portanto maior será a rapidez.

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Fatores que alteram a rapidez de uma reação A rapidez das reações pode ser influenciada por uma série de fatores que alteram a maneira como as substâncias interagem entre si. Compreender esses fatores é fundamental para analisar como as reações ocorrem em diferentes contextos e quais variáveis podem acelerá-las ou desacelerá-las. Desse modo, é possível fazer escolhas cientificamente informadas e aplicá-las a situações do cotidiano.

Of¡C¡na C¡enT f¡Ca

Relógio de reação química

Para estudar os efeitos de um determinado fator sobre a rapidez de uma reação, deve-se variar apenas o fator de interesse e manter constantes os demais. Existem diversas reações químicas que podem ser realizadas em laboratório para demonstrar os efeitos dessas variações. Utilizar o tempo de dissolução de um comprimento efervescente como indicador é um experimento fácil de ser realizado em sala de aula.

Materiais • Três comprimidos efervescentes. • Três copos transparentes. • Água. • Gelo. • Relógio (ou qualquer outro instrumento para marcar o tempo de reação).

Procedimentos • Coloque os três copos um ao lado do outro e encha-os com água até a metade. • No primeiro copo, coloque o comprimido efervescente inteiro e meça o tempo gasto para sua dissolução completa. • Triture o segundo comprimido e adicione-o à água do segundo copo. Observe e anote o tempo gasto para a dissolução dos fragmentos do comprimido. • No terceiro copo, coloque gelo para diminuir a temperatura da água e, em seguida, adicione o terceiro comprimido inteiro. Observe e anote o tempo para a dissolução dele. Sugere-se que a atividade prática AT¡v¡DaDeS

Não escreva no livro.

1. Elabore uma tabela com os dados do experimento realizado. 2. Em qual das situações a reação ocorreu de forma mais rápida? Elabore uma justificativa.

3. Em qual das situações a reação ocorreu de forma mais lenta? Elabore uma justificativa.

4. Se fosse usada água aquecida no terceiro copo em vez de se adi-

seja realizada em grupos, assim os estudantes poderão se revezar nos procedimentos, nas observações e nas anotações do experimento.

Não ingira ou inale soluções utilizadas em atividades práticas. Esse experimento não representa grande perigo nem gera resíduos nocivos.

cionar gelo, o que aconteceria com a rapidez da reação?

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Sabe-se que a temperatura está relacionada à energia cinética média das partículas que constituem um material. Assim, temperaturas maiores possibilitam maior energia cinética e, consequentemente, maior quantidade de colisões com energia suficiente para superar a energia de ativação da reação. Ou seja, a rapidez da reação é diretamente proporcional à temperatura. Esse conhecimento permite explicar por que determinadas reações não ocorrem à temperatura ambiente; nesses contextos, deve-se supor que as colisões não ocorrem com energia suficiente para superar a energia de ativação.

RUBENS CHAVES/PULSAR IMAGENS

Temperatura

UNIDADE

No Brasil, onde boa parte do transporte de produtos é rodoviário, alguns alimentos são transportados em caminhões equipados com sistema de refrigeração para mantê-los à baixa temperatura e reduzir a rapidez das reações de degradação.

Concentração

Se forem utilizadas diferentes concentrações de ácido clorídrico, é possível verificar, pela observação do desprendimento de bolhas originadas do gás hidrogênio liberado, que a reação se desenvolve de maneira mais vigorosa à medida que a concentração do ácido aumenta. É importante destacar que o efeito da concentração de cada reagente na rapidez final da reação também depende de fatores energéticos.

TURTLE ROCK SCIENTIFIC/SCIENCE SOURCE/FOTOARENA

Quando uma reação acontece em solução, pode-se dizer que a ocorrência de colisões efetivas entre as partículas dos reagentes está diretamente relacionada com a concentração deles. Em soluções nas quais o solvente não participa da reação, as partículas de um soluto precisam colidir com as do outro soluto em meio a muitas partículas do solvente. Portanto, quando a concentração dos reagentes aumenta, há mais partículas disponíveis no sistema, o que eleva a frequência de colisões entre elas. Quanto maior for a frequência de colisões, maior será a chance de colisões efetivas ocorrerem e, portanto, maior será a chance de ser superada a barreira de energia necessária para que a reação se complete, resultando em um aumento na rapidez da reação. Considere a reação entre magnésio e ácido clorídrico, produzindo cloreto de magnésio e gás hidrogênio. Mg(s) + HCl(aq) H MgCl2(aq) + H2(g)

Bobinas de magnésio são colocadas em tubos de ensaio com soluções de ácido clorídrico de diferentes concentrações à temperatura ambiente: 0,01 mol/L (A), 0,1 mol/L (B) e 1 mol/L (C).

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Pressão Quando pelo menos um dos reagentes ou produtos está no estado gasoso, uma mudança na pressão aplicada ao sistema reacional pode influenciar a rapidez da reação. Como a concentração geralmente indica a quantidade de matéria (em mol ou massa) por volume, ao reduzir o volume de um recipiente, aumentando a pressão, a concentração dos reagentes gasosos também aumenta. Com isso, as moléculas ficam mais próximas umas das outras, aumentando a probabilidade de colisões efetivas. Consequentemente, a rapidez da reação será maior. No entanto, se o sistema reacional não tiver pelo menos um reagente ou produto no estado gasoso, o efeito do aumento de pressão será praticamente nulo. Isso se deve ao fato de que líquidos e sólidos, por serem pouco compressíveis, sofrem pouca influência da pressão.

Superfície de contato Quando pelo menos um dos reagentes está no estado sólido, a alteração da superfície de contato entre esse sólido e outro reagente influencia a rapidez da reação. A superfície de contato de um material corresponde à área com a qual outros materiais podem entrar em contato. Assim, pode-se dizer que a superfície de contato é o local em que a reação efetivamente ocorre. Portanto, quanto mais fragmentado estiver um sólido, maior será a rapidez de reação entre ele e outra substância. Isso ocorre porque a fragmentação amplia a superfície de contato entre os reagentes, o que aumenta a probabilidade de ocorrerem colisões efetivas. Considere a reação entre carbonato de cálcio e ácido clorídrico, produzindo cloreto de cálcio, água e gás carbônico. Considere que, em um recipiente, há uma solução de ácido clorídrico e um pedaço de carbonato de cálcio. Já em outro recipiente, há uma solução de ácido clorídrico com a mesma concentração e a mesma porção de carbonato de cálcio, porém fragmentada. Nesse contexto, é possível verificar, pela observação do desprendimento de bolhas originadas do gás carbônico liberado, que a reação se desenvolve de maneira mais vigorosa quando o carbonato de cálcio está em fragmentos. É importante frisar que esses fatores – a temperatura, a concentração, a pressão e a superfície de contato – influenciam a rapidez por contribuírem para o aumento da probabilidade de colisões efetivas. Eles não causam uma diminuição da energia de ativação. O fator que interfere nesse aspecto cinético das reações será abordado no próximo Tema.

TURTLE ROCK SCIENTIFIC/SCIENCE SOURCE/FOTOARENA

CaCO3(s) + HCl(aq) H CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)

Reação entre carbonato de cálcio (CaCO3) e ácido clorídrico (HCl) a 0,2 mol/L. Em uma reação sólido-líquido, a rapidez de reação aumenta à medida que aumenta a superfície de contato do sólido.

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UNIDADE

FORMAÇÃO CiDADÃ

Conservantes alimentares: retardando a degradação dos alimentos Quando se pensa na alimentação, diversos aspectos estão diretamente relacionados à química dos alimentos, como o sabor, a aparência, o aroma e, claro, o valor nutricional. Na sociedade moderna, raramente os alimentos são produzidos perto do local de consumo, o que gera a necessidade de retardar processos indesejáveis de degradação. Esse desafio levou ao desenvolvimento da indústria alimentícia, que estuda esses processos para propor métodos eficazes de evitar a deterioração dos alimentos. Para aumentar a vida útil dos alimentos, é comum a adição de substâncias com funções específicas na sua conservação, conhecidas como aditivos químicos ou alimentares. Esses aditivos são classificados de acordo com sua função e apresentam uma grande diversidade. Acompanhe alguns exemplos: • Acidulantes: intensificam o sabor ácido e ajudam na conservação (por exemplo, o ácido cítrico). • Antioxidantes: evitam a oxidação dos alimentos (por exemplo, o ácido ascórbico). • Flavorizantes: realçam o aroma e o sabor (por exemplo, o glutamato de sódio). • Corantes: intensificam a cor dos alimentos (por exemplo, o óxido de ferro(III)). • Conservantes: evitam a deterioração (por exemplo, os nitritos). Os conservantes são particularmente importantes por retardarem reações naturais que levam à degradação dos alimentos. AT¡v¡DaDeS

Não escreva no livro.

1. Converse com as pessoas mais velhas da sua família ou de seu convívio e pergunte como elas conservavam os alimentos no passado.

2. Converse sobre as técnicas que seus pais ou responsáveis utilizam atualmente para conservar os alimentos.

3. Pesquise sobre os malefícios e as restrições de determinados aditivos alimentares.

NEW AFRICASHUTTERSTOCK.COM

A degradação de muitos alimentos é retardada quando são bem acondicionados e refrigerados.

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AT¡v¡DaDeS

Não escreva no livro.

1. Considere as situações a seguir e classifique

as reações em ordem crescente de tempo de duração, isto é, da transformação mais lenta para a mais rápida. I. Uma sacola plástica, quando abandonada na natureza, se decompõe pela ação de fatores ambientais, como temperatura e umidade. II. Uma peça de ferro, quando exposta ao ar atmosférico, oxida, resultando no desgaste da peça e na formação de um material marrom poroso. III. Uma banana amadurece e, com o passar do tempo, torna-se escurecida em razão da liberação contínua de um gás chamado etileno, que atua na quebra das fibras da fruta, tornando-a menos esverdeada e mais macia.

2. Considere a reação genérica representada pela equação a seguir. A(g) H B(g) + 3 C(g)

Dessa reação foram obtidos os seguintes dados experimentais. Tempo (h)

[A] (mol/L)

[B] (mol/L)

[C] (mol/L)

4. Considere a reação de decomposição da água oxigenada a seguir para responder às questões. 2 H2O2(aq) H 2 H2O(l) + O2(g) a) Como você representaria graficamente a rapidez dessa reação? Em seu caderno, faça um esboço dessa representação. b) Indique a expressão da rapidez média dessa reação utilizando a grandeza massa para as variações do reagente e dos produtos.

5. Cite exemplos de reações químicas que ocor-

rem no cotidiano cujos desenvolvimentos são influenciados pela variação de: a) temperatura do ambiente. b) concentração de reagentes. c) pressão. d) superfície de contato dos reagentes.

6. Em um restaurante, um cliente que está com pressa pede um bife como prato principal, mas o atendente informa que o picadinho de carne é preparado mais rápido. Apresente uma explicação científica para esta informação.

7. Descreva o que ocorre com a temperatura de

ebulição da água no interior de uma panela de pressão. Como esse fenômeno influencia a rapidez do preparo de um alimento?

8. Leia a tirinha a seguir. © HUMOR COM CIÊNCIA

Com base nesses valores e informações, faça um gráfico da variação da concentração dos participantes da reação em função do tempo. Em seguida, analise-o e descreva o que acontece durante a reação com base nas curvas obtidas.

3. No seu entendimento, como devem ocorrer as

colisões efetivas entre as moléculas dos reagentes para que haja a formação de produto na reação a seguir? 2 H2(g) + O2(g) H 2 H2O(g)

Faça um desenho que represente essas colisões. Lembre-se de considerar a geometria molecular das substâncias e as proporções entre os produtos e os reagentes.

HUMOR COM CIÊNCIA. [Caco em “cacos”]. Humor com Ciência. [S. l.], 4 jan. 2010. Disponível em: https://www. humorcomciencia.com/blog/bugio-o-quimico/. Acesso em: 11 nov. 2024.

O trinitrotolueno (TNT) é um explosivo que, quando está sob pressão, pode ser detonado por atrito ou por uma faísca. Considerando a tirinha, represente em seu caderno o gráfico da energia em função do caminho da reação para a decomposição do TNT.

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UNIDADE

TEMA

Catálise Respostas e comentários deste Tema estão disponíveis nas Orientações para o professor.

Neste Tema, será estudado o processo de catálise. Ele ocorre pela ação de uma substância que torna as reações químicas mais rápidas, diminuindo a energia de ativação, sem ser consumida ou alterada permanentemente durante as reações. No cotidiano, por exemplo, essa substância está no fermento biológico, acelerando o crescimento da massa no preparo de algumas receitas; e no escapamento dos carros, diminuindo a emissão de gases poluentes. Esse processo é importante tanto para a natureza quanto para a indústria, pois torna suas produções mais eficientes e econômicas.

RICARDO TELES/ PULSAR IMAGENS

Você já parou para pensar sobre o que é fermento biológico e por que ele faz o pão crescer? No Tema anterior, foram abordados os conceitos de rapidez média das reações químicas, colisão efetiva e energia de ativação. Além disso, foram apresentados os fatores que afetam a rapidez das reações. Como explicado, esses fatores influenciam a rapidez, aumentando a probabilidade de colisões efetivas, mas não interferem na energia de ativação.

O bagaço de cana-de-açúcar, remanescente da produção de açúcar refinado, é reaproveitado como biomassa na fabricação de bioetanol. Na produção de biocombustíveis, é utilizada a catalase, uma proteína com ação aceleradora da degradação de celulose, que permite a conversão de biomassa em açúcares fermentáveis. Na imagem, tratores circulam por um pátio de bagaço de cana-de-açúcar em indústria do setor sucroalcooleiro. Delta (MG), 2022.

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As transformações e seus mecanismos As transformações são percebidas em razão de certas evidências, como mudança de cor e liberação de energia. No entanto, elas podem ser estudadas e analisadas de outro modo. Para melhor prevê-las e controlá-las, 1 Imagine que você cientistas recorrem a modelos que possibilitam a compreensão de como elas está em uma corriocorrem em nível atômico-molecular. da de revezamento O mecanismo de reação, também chamado caminho ou progresso de com seus amigos. Para completar a reação, é um modelo criado para explicar como as transformações ocorrem prova, cada corree se baseia em evidências experimentais. A concepção de um mecanismo é dor precisa entrenecessária porque a maioria das reações não acontece de maneira simples gar um bastão para e direta, mas em várias etapas. o próximo, até que Nas reações entre moléculas pequenas, o mecanismo geralmente pode ser todos tenham corriexplicado com base nas teorias estudadas no Tema anterior. Essas reações, chado. Como você faria madas elementares, acontecem sem a formação de intermediários estáveis, uma analogia entre portanto envolvem apenas um estado de transição entre reagentes e produtos. esse evento esporNo entanto, muitas transformações na natureza e na indústria envolvem tivo e uma reação química? estruturas maiores e mais complexas. Nessas situações, as ligações se formam e se rompem em várias etapas, resultando em intermediários estáveis. Essas transformações, chamadas não elementares, podem ser representadas pela soma das equações químicas de cada etapa, resultando em uma equação global do processo. Para compreender isso melhor, considere uma transformação hipoEtapa I A + B H AB Reações tética, composta de três etapas, Etapa II BH2C elementares conforme descrito a seguir. Etapa III AB + C H D Note que a espécie química interReação não mediária AB não aparece na reação Etapa global A + 2 B H C + D elementar global, pois é produzida e consumida ao longo do processo. Uma vez que cada etapa constitui uma reação elementar, cada uma delas apresenta uma energia de ativação específica, como representado a seguir. REfliTA

Não escreva no livro.

Energia (kJ)

VINÍCIUS FIORATTI

Reação não elementar de três etapas

ESPAÇOS DE APRENDiZAGEM

Ea1 Reagentes

Ea2

DH Ea3

Produtos

Progresso da reação

• O simulador a seguir permite controlar algumas variáveis para obter diferentes resultados, contribuindo para a compreensão de reações químicas em nível molecular. PHYSICS EDUCATION TECHNOLOGY INTERACTIVE SIMULATIONS. Reações e taxas. Boulder: University of Colorado, c2024. Disponível em: https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulations/ reactions-and-rates. Acesso em: 2 out. 2024.

Fonte: Dados fictícios.

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SEVENTYFOUR/SHUTTERSTOCK.COM

Com base nessa representação gráfica, é possível notar que cada reação elementar das etapas de reação tem uma energia de ativação específica e um estado de transição, representado nos picos da curva, e que o processo global é exotérmico. Os vales representam as espécies químicas intermediárias, que têm energia mais baixa em razão de sua estabilidade. No entanto, mesmo constituídas de arranjos energeticamente estáveis, elas não representam produtos da reação global. Em processos complexos como esse, o tempo que cada etapa leva para ocorrer não é o mesmo. Há etapas rápidas, que podem ser lidas no gráfico como aquelas que apresentam menor energia de ativação, e etapas lentas, que podem ser lidas no gráfico como aquelas que apresentam maior energia de ativação. A etapa com maior energia de ativação será determinante para o tempo global do processo. Etapas lentas são consideradas “gargalos” de processos, mas algumas substâncias podem Para garantir a segurança e eficiência de processos ajudar a diminuir a barreira energética do estado industriais, uma equipe de profissionais monitora de transição dessas reações. as condições reacionais de cada etapa, para avaliar se estão de acordo com os requisitos específicos de cada uma delas.

UNIDADE

Aproveitar o momento para reforçar a complexidade dessas transformações e para indicar que cada processo tem um mecanismo de reação único.

Lei da ação das massas

Entre 1864 e 1879, os noruegueses Cato Maximilian Guldberg (1836-1902), matemático e químico, e seu cunhado Peter Waage (1833-1900), professor de Química na Universidade de Kristiania, investigaram a rapidez das reações em função da variação da concentração dos reagentes, mantidas as condições, como a temperatura constante. Com base em dados de diversos experimentos, propuseram a lei da ação das massas, também conhecida como lei cinética, que descreve a relação entre as concentrações dos reagentes e a rapidez das reações químicas. Essa lei estabelece que, para uma reação química em equilíbrio (assunto do próximo Tema), a rapidez da reação é proporcional ao produto das concentrações dos reagentes, cada uma elevada a expoentes numéricos determinados experimentalmente. Isso permite prever como as concentrações de reagentes e produtos influenciam tanto a rapidez quanto o estado de equilíbrio da reação. Considere uma reação química genérica: A + B H C + D De acordo com a lei da ação das massas, a rapidez da reação (r) pode ser expressa pela equação: r = k ? [A]x ? [B]y Em que k é a constante de rapidez, [A] e [B] são as concentrações dos reagentes e x e y são expoentes numéricos determinados experimentalmente. Essa equação refere-se à rapidez de uma reação elementar.

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Catalisadores Um catalisador é uma substância (ou um material) que promove a redução REfliTA da energia de ativação de determinada reação química, possibilitando mais colisões efetivas e um aumento da eficiência da reação. Como estudado, 2 Por que o fermento essas colisões têm energia necessária para a formação dos produtos. biológico é adicioDe modo geral, essa substância aumenta a rapidez das reações, estanado à massa do pão? belecendo caminhos alternativos, que envolvem estados de transição intermediários menos energéticos – portanto, com menor energia de ativação –, sem alterar a variação de entalpia entre reagentes e produtos. O catalisador altera apenas o mecanismo da reação, não seus estados inicial e final. Em muitos casos, a energia de ativação de uma reação é tão grande que ela só ocorre mediante uso de catalisador. Não escreva no livro.

Energia (kJ)

VINÍCIUS FIORATTI

Ação do catalisador em uma reação química I

200

150 100

I – Reação sem catalisador II – Reação com catalisador

Reagentes Produtos

CHEMICALBILLY/ISTOCKPHOTO/GETTY IMAGES

Caminho da reação

Fonte: Dados fictícios.

Outra característica do catalisador é que, se for consumido em uma etapa da reação, será regenerado em outra, de modo que sua quantidade, considerando a reação global, não se altera. Assim, a representação de uma reação que ocorre na presença de um catalisador se dá por indicação da substância usada ou da abreviação cat sobre a seta da reação. No caso da síntese da amônia, por exemplo, os catalisadores mais utilizados são materiais que contêm, majoritariamente, ferro, portanto a reação pode ser escrita conforme a seguir. N2(g) + 3 H2(g)

2 NH3(g) Os catalisadores são essenciais na indústria química. Como não são consumidos na reação, pequenas quantidades são suficientes, o que é uma vantagem do ponto de vista econômico.

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UNIDADE

FORMAÇÃO CiDADÃ

Catalisadores para a redução da poluição ambiental ULIANENKO DMITRII/SHUTTERSTOCK.COM

A emissão de gases poluentes por veículos automotivos é uma grande preocupação da atualidade, especialmente em áreas urbanas por causa do risco que oferecem à saúde da população e ao ambiente. Alguns gases, como o monóxido de carbono (CO), e uma série de substâncias formadas por átomos de nitrogênio e oxigênio, conhecidas pela sigla genérica NOx, têm efeitos comprovadamente nocivos ao sistema respiratório de seres vivos e causam a degradação do ambiente, em razão da formação de chuvas ácidas.

As substâncias catalisadoras compõem o revestimento Uma maneira de diminuir esses de estruturas instaladas no sistema de escapamento dos impactos é por meio do uso de catalisaveículos. dores, que promovem a transformação desses poluentes em gases, como o gás oxigênio (O2) e o dióxido de carbono (CO2), ou até em substâncias inertes, como o gás nitrogênio (N2). Alguns metais, como a platina (Pt), o paládio (Pd) e o ródio (Rh), estão entre as substâncias que diminuem a energia de ativação dessas transformações. AT¡v¡DaDeS

Não escreva no livro.

1. Como você descreveria uma reação em que os catalisadores atuam para a diminuição dos gases poluentes nos veículos automotivos? Utilize equações químicas e/ou representações gráficas em sua resposta.

2. No Brasil, a lei federal no 8.723, de 28 de outubro de 1993, estabelece a redução da emissão

de poluentes por veículos automotores, complementando o Programa de Controle da Poluição do Ar por Veículos Automotores (Proconve). Você conhece ou já se deparou com legislações parecidas? Forme um grupo com dois ou três colegas, e façam o que se pede. a) Pesquisem, em sites confiáveis, legislações envolvendo a regulamentação e a fiscalização da emissão de gases por veículos automotores, bem como ações e programas de incentivo à redução de gases poluentes no Brasil. b) Verifiquem se, no estado ou no município onde moram, existem políticas de incentivo à redução de gases poluentes. c) Com base na pesquisa e no que foi verificado no item anterior, produzam um texto informativo sobre esses dados. Incluam no texto aspectos sobre a importância da fiscalização e do incentivo à redução de poluentes.

3. Ainda em grupo, considerem que vocês são responsáveis por elaborar um relatório técnico de

um veículo que está emitindo gases poluentes muito acima dos níveis permitidos por lei. O texto deve apresentar as seguintes informações. a) Os limites e os critérios estabelecidos por uma legislação da escolha de vocês. b) Uma análise com a justificativa da reprovação do veículo na vistoria.

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Biocatalisadores Quando a catálise de reações ocorre em contextos biológicos, tanto em processos naturais e evolutivos de seres vivos quanto em processos reproduzidos experimentalmente em laboratório, os catalisadores envolvidos são denominados biocatalisadores. A maior parte dessas moléculas são classificadas como proteínas, mas outras biomoléculas, como o RNA, também podem atuar na catálise de reações em sistemas biológicos.

Enzimas As proteínas com ação catalisadora são denominadas enzimas. Essas moléculas são essenciais para diversas funções biológicas, como a digestão de alimentos, a replicação de DNA e a síntese de moléculas. A atividade enzimática permite que as vias metabólicas aconteçam rapidamente, de maneira eficiente e coordenada, nas condições moderadas de temperatura e pressão do corpo. SOBRE

Nos seres vivos, uma sequência de reações químicas ocorrendo simultaneamente e de modo a desempenhar uma função é chamada de via metabólica. De modo geral, as vias metabólicas são estudadas de maneira independente, mas ocorrem de maneira complexa e integrada, muitas vezes envolvendo mais de um tecido no organismo.

No preparo do pão de queijo, a lactose do queijo e do leite e o amido do polvilho são os componentes principais. No corpo humano, as enzimas lactase e amilase atuam na digestão dessas substâncias, quebrando a lactose e o amido para facilitar sua absorção.

JLCO JULIA AMARAL/SHUTTERSTOCK.COM

O mecanismo de ação das enzimas é complexo e altamente específico. Isso significa que cada enzima geralmente catalisa apenas um tipo de reação, atuando em substratos específicos. Por esse motivo, a nomenclatura dessas substâncias, com frequência, faz referência aos seus “alvos”.

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UNIDADE

AlGO A

Fermento químico ou fermento biológico: qual escolher? Os fermentos são fundamentais para receitas de pães e bolos, pois atuam promovendo o crescimento da massa. Os fermentos químicos, como o bicarbonato de sódio, não são catalisadores, mas sim substâncias que reagem com algum componente da receita, liberando gás carbônico e fazendo a massa crescer. Já os fermentos biológicos contêm enzimas que aceleram a transformação de açúcares em gás carbônico e álcool.

Fermento biológico (fermento de padeiro)

EDITORIA DE ARTE

Os dois agem de maneira diferente quando misturados aos demais ingredientes, portanto cada um é indicado para determinado tipo de receita.

• De que é feito? Fermento químico (fermento em pó) • De que é feito? Bicarbonato de sódio (NaHCO3) e ácidos. • Como age? Reage com substâncias da massa quando submetido ao calor do forno, produzindo gás carbônico (CO2). • Para quais receitas é ideal?

Leveduras vivas (Saccharomyces cerevisiae). • Como age? As leveduras consomem os açúcares da massa, liberando CO2 de forma mais lenta. • Para quais receitas é ideal? O processo gradual de crescimento da massa é recomendado para receitas que precisam de tempo para desenvolver sabor e textura, como as de pães e pizzas.

O gás produzido no interior da massa a faz crescer rapidamente, portanto é recomendado para preparações mais aeradas ou crocantes, como bolos, muffins e biscoitos, que precisam crescer logo após irem ao forno.

Se eu não tiver o fermento certo para a minha receita, posso trocá-lo? Utilizar o fermento químico em uma receita de pão pode resultar em uma massa pesada e sem sabor, pois as reações envolvidas são rápidas demais. Já adicionar fermento biológico a uma receita cuja massa precisa crescer de modo rápido geralmente não funciona, pois as leveduras levam tempo para agir. Além disso, usar o fermento inadequado para a receita pode influenciar o sabor da massa de modo indesejado, pois cada processo é diferente.

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AT¡v¡DaDeS

Não escreva no livro.

1. A presença de gás oxigênio é um dos fatores

VALENTYN VOLKOV/SHUTTERSTOCK.COM

que acelera a deterioração dos alimentos. Em embalagens, muitas vezes, são utilizados sachês ou materiais incorporados que contêm substâncias como a glicose oxidase. Faça uma pesquisa sobre essa substância para responder às questões a seguir.

• A relevância desse catalisador para o contexto escolhido. • A maneira como ele melhora a eficiência do processo. • Os benefícios para a sociedade e a redução de impactos negativos. • Os dados ou os exemplos reais e recentes que demonstrem sua aplicação.

3. A água oxigenada é utilizada em processos de desinfecção e limpeza de machucados. Em contato com o sangue, ela é rapidamente decomposta em água e oxigênio. Analise o gráfico a seguir e explique, em seu caderno, o que significam os pontos I e II.

b) Explique como ela atua na conservação dos alimentos. Se preferir, utilize esquematizações em sua resposta.

2. Escolha um contexto da aplicação de catalisadores a seguir.

a) Produção de biocombustíveis e degradação de biomassa. b) Degradação de plástico e controle da poluição ambiental. c) Anticatalisadores na produção de fármacos.

H2O2(aq) Reagentes Caminho da reação

Fonte: dados fictícios.

4. Considere o gráfico a seguir, que mostra a varia-

ção da atividade de uma enzima produzida pelo organismo humano em relação à temperatura. Atividade de uma enzima genérica em relação à temperatura EDITORIA DE ARTE

a) Como as moléculas de glicose oxidase podem ser classificadas?

1 O (g) 2 2 Reagentes

H2O(l) +

Atividade da enzima na reação

A glicose oxidase está presente na composição do mel.

Energia

ORACICART

Faça uma pesquisa em fontes confiáveis, como artigos científicos, livros didáticos ou conteúdos de divulgação científica, e reúna informações sobre o contexto escolhido. Em seguida, produza um texto informativo explicando como os catalisadores atuam no contexto escolhido e a importância do estudo deles para o desenvolvimento de tecnologias sustentáveis. Durante a pesquisa e a escrita, considere os seguintes aspectos.

a) Qual é a faixa de temperatura em que essa enzima atua com maior eficiência?

• O tipo de catalisador (anticatalisador, biocatalisador, catalisador químico etc.) e a descrição do processo em que ele é utilizado.

b) Se o organismo estiver acima ou abaixo da temperatura ótima da enzima, o que acontecerá com a reação que ela catalisa?

Temperatura (°C)

Fonte: dados fictícios.

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UNIDADE

TEMA

Antes de iniciar a abordagem deste Tema, recomenda-se a leitura do artigo “Como os estudantes concebem o estado de equilíbrio químico”, de Andréa Horta Machado e Rosália Maria Ribeiro de Aragão, disponível em: http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc04/aluno.pdf (acesso em: 3 out. 2024).

Equilíbrio químico Os corais, com cores vibrantes e formatos únicos, são constituídos de pequenos organismos marinhos que retiram íons cálcio e carbonato da água para produzir carbonato de cálcio, a substância que compõe a própria estrutura. Mas muitas pessoas não sabem que esse processo envolve um equilíbrio químico delicado. Na água do mar, o carbonato de cálcio está constantemente se dissolvendo e se formando, de acordo com as condições ambientes. Esse equilíbrio é influenciado por fatores como a temperatura e a concentração de íons. Pequenas mudanças no ambiente, como o aumento da acidez nos oceanos, podem alterar esse equilíbrio, dificultando a formação de novas estruturas de corais e colocando em risco todo o ecossistema. Compreender como o equilíbrio químico se estabelece, as condições que o influenciam e como ele está presente em diversas reações do cotidiano – desde a formação dos corais até os processos industriais – são os assuntos deste Tema.

CABUSCAA/GETTY IMAGES/ISTOCKPHOTO

Respostas e comentários deste Tema estão disponíveis nas Orientações para o professor.

Os recifes de coral dependem do equilíbrio entre a formação e a dissolução de carbonato de cálcio.

Reversibilidade de reações

REfliTA

Não escreva no livro.

Boa parte das transformações químicas estudadas até aqui acontecem 1 Você considera que por meio de reações irreversíveis, isto é, ocorrem em um único sentido ao seria possível reverter a reação química longo do tempo. Por exemplo, a combustão de materiais ocorre somente no que produz o concresentido que leva à produção de CO2 e H2O. to, usado em prédios De maneira geral, essas transformações param de acontecer quando um e pontes, transfordos reagentes acaba ou quando o fornecimento de energia é interrompido mando-o nos mate(no caso de reações endotérmicas). Nesse caso, a concentração das subsriais originais que o tâncias envolvidas permanece constante por tempo indeterminado, desde compõem? que as condições do sistema sejam mantidas.

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Essa estabilidade das concentrações pode ser representada graficamente. A seguir, duas representações gráficas mostram a variação da concentração de duas substâncias hipotéticas em função do tempo.

Substância B Tempo

CO2

Substância A Tempo

Fim da reação CO2

Concentração

Fim da reação

ORACICART

CO2

ORACICART

Concentração

m da reação

Concentração

Combustão da substância B

Combustão da substância A

Substância B Tempo

Fonte: Dados fictícios.

O gráfico de combustão da substância A corresponde a uma reação de combustão lenta, que ocorre durante alguns minutos. O gráfico de combustão da substância B representa outra reação, que ocorre em poucos segundos. Nos dois gráficos, considera-se que cada molécula de combustível forma uma molécula de CO2, de modo que a proporção dos coeficientes estequiométricos entre o combustível e o gás carbônico seja de 1 : 1. Como estudado anteriormente, as curvas apresentam inclinações diferentes, pois a rapidez de cada transformação é diferente. No entanto, em ambos os casos, é possível identificar o fim da reação, representado nos gráficos a partir do ponto em que as concentrações não apresentam mais variação ao longo do tempo. É possível notar que os reagentes limitantes, as substâncias A e B, mantêm-se constantes em concentrações próximas de zero. Já o produto (apenas o gás carbônico está representado nos gráficos) se estabelece em concentração determinada pelo rendimento da reação. Existem também reações que são reversíveis. Para compreendê-las, é apresentada a seguinte reação hipotética. Duas substâncias genéricas, A e B, reagem para formar outras duas substâncias genéricas, C e D. Essa reação pode ser descrita pela equação a seguir. A+BHC+D

Após ignição por atrito, as substâncias na ponta de um palito de fósforo queimam rapidamente. Em seguida, a madeira e outras substâncias presentes no corpo do palito reagem lentamente, mantendo a chama acesa até que os reagentes se esgotem ou algum outro fator cause a extinção da chama.

EVGENYRYCHKO/SHUTTERSTOCK.COM

Se essa reação for reversível, os produtos C e D reagirão, e a reação se inverterá, formando as substâncias A e B. C+DHA+B

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UNIDADE

Assim, em um mesmo sistema, a transformação dos reagentes A e B nos produtos C e D (reação direta) ocorre de maneira simultânea à transformação de C e D em A e B (reação inversa). Pode-se concluir que reagentes e produtos coexistem nesse sistema. Com base nessa conclusão, é possível afirmar que a reação é reversível e pode ser representada por um par de meias setas (ê). A+BêC+D Essa representação indica um estado de equilíbrio entre as duas reações (a direta e a inversa) que é submicroscopicamente dinâmico, porém macroscopicamente constante. Ou seja, as moléculas ou outras espécies químicas continuam reagindo, apesar de o sistema não apresentar qualquer alteração observável.

Em 1803, o químico francês Claude-Louis Berthollet publicou um extenso trabalho intitulado Essai de statique chimique (“Ensaio de química estatística”, em tradução livre) em que propôs, pela primeira vez, os conceitos de reações reversíveis e de estado de equilíbrio químico. Embora seu trabalho tenha sido validado posteriormente, as ideias do químico foram consideradas muito controversas e complicadas, de modo que foram recebidas com certo criticismo quando foram publicadas. Atualmente, a contribuição de Berthollet é considerada fundamental para a compreensão de sistemas em equilíbrio. Um fato marcante dos estudos sobre equilíbrio químico se deu no início do século XX. Nessa época, a tensão entre os países europeus era causada não só por rivalidade territorial e política mas também por disputa e dependência de substâncias nitrogenadas, utilizadas na agricultura e na produção de explosivos. As fontes dessas substâncias eram escassas, e a maioria delas se localizava no Chile, na América do Sul. Assim, para consegui-las, os países europeus precisavam importar grandes quantidades delas, resultando em preocupação com relação às rotas de navegação, uma vez que os navios que atravessavam o oceano estavam sujeitos a ataques e a desvios de carga. A corrida por recursos e o medo de perder o controle sobre as rotas de transporte contribuíram para um clima de incerteza e competição que se intensificou com a eclosão da Primeira Guerra Mundial em 1914. Nesse contexto, foi desenvolvido o processo Haber-Bosch em laboratório, em 1908, pelo químico alemão Fritz Haber, e na indústria, entre 1912 e 1913, pelo químico industrial alemão Carl Bosch. A reação usada nesse processo consistiu na produção industrial de amônia por meio da reação entre os gases nitrogênio e oxigênio, em que certos parâmetros foram ajustados para gerar um melhor rendimento. A amônia é a fonte de nitrogênio para a produção de fertilizantes nitrogenados. Essa reação foi amplamente estudada, contribuindo para o entendimento das reações em equilíbrio. Em Temas anteriores, foi apresentada a síntese de amônia sem a indicação de que se tratava, efetivamente, de uma reação reversível, que pode ser descrita pela seguinte equação: N2(g) + 3 H2(g) ê 2 NH3(g) Ao representar a reação por essa equação, desconsideram-se as etapas intermediárias, visto que ela não ocorre de maneira tão simples. Para estudar como esse sistema se comporta ao longo do tempo, pode-se considerá-lo de duas maneiras.

REPRODUÇÃO/UNIVERSIDADE DE TORONTO

Estado de equilíbrio

Volumes da primeira edição de Essai de statique chimique, publicados em 1803 por Claude-Louis Berthollet, trabalho considerado fundamental para o estudo sobre equilíbrio químico.

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Uma delas é assumir que a mistura inicial é formada apenas pelos gases nitrogênio e hidrogênio. Na prática, esse sistema deve ser aquecido sob pressão e na presença de um catalisador para que ocorram colisões efetivas entre as moléculas de N2 e H2 e, consequentemente, haja formação de NH3. Então, após determinado momento, as concentrações dessas substâncias se mantêm em valores constantes. Esse processo pode ser representado graficamente da maneira a seguir.

ORACICART

Variação da concentração de reagentes e produtos em função do tempo Concentração

Fim da variação na concentração H2 N2 NH3 Tempo Fonte: Dados fictícios.

Pode-se considerar também um sistema formado inicialmente apenas pelo gás amônia. Em condições similares às anteriores, as colisões efetivas entre moléculas de NH3 promovem a decomposição dessa substância e a consequente produção de N2 e H2. Após determinado momento, verifica-se que as concentrações dessas substâncias também se mantêm constantes. Esse processo pode ser representado graficamente da maneira a seguir.

ORACICART

Variação da concentração de reagentes e produtos em função do tempo Concentração

Fim da variação na concentração H2 NH3 N2 Tempo Fonte: Dados fictícios.

Apesar do uso de dados fictícios para a elaboração desses gráficos, resultados similares foram obtidos experimentalmente, confirmando que o processo ocorre nos dois sentidos. Sendo assim, trata-se de um processo reversível, que pode ser descrito separadamente, utilizando as reações direta e inversa da transformação. N2(g) + 3 H2(g) H 2 NH3(g) (reação direta) 2 NH3(g) H N2(g) + 3 H2(g) (reação inversa) Assim, o que cientistas chamam de equilíbrio químico corresponde a um estado de sistema no qual uma reação química ocorre com a mesma rapidez que sua reação inversa, mantendo constantes as concentrações de reagentes e produtos.

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O dinamismo do equilíbrio

VINÍCIUS FIORATTI

Variação da rapidez de reação em função do tempo Rapidez

Assim, pode-se afirmar que as transformações reversíveis progridem até que o sistema atinja um equilíbrio químico, o qual é mantido por reações que consomem e produzem as substâncias (reagentes e produtos) com a mesma rapidez, de modo que todas elas coexistam em concentrações constantes. Após estabelecido, esse estado se mantém por tempo indeterminado, desde que as condições do sistema também sejam mantidas. Com base nessas afirmações, é possível deduzir que o equilíbrio químico é um equilíbrio dinâmico, e não um equilíbrio estático.

Reação direta

UNIDADE

Equilíbrio químico

Reação inversa Tempo Fonte: Dados fictícios.

ORACICART

Uma maneira de verificar se o equilíbrio químico é de fato dinâmico seria por meio de um experimento como o seguinte. Em um recipiente em condições semelhantes às utilizadas no processo Haber-Bosch são colocadas as substâncias gasosas amônia (NH3), nitrogênio (N2) e deutério (D2) com concentrações iguais às de um sistema em equilíbrio. O deutério (2H ou D) é um isótopo do elemento hidrogênio que contém um nêutron no núcleo, ao contrário do prótio (1H), o isótopo mais comum, que não possui nêutron. Átomos de deutério reagem como os de prótio. Como todos os gases são colocados em concentrações iguais às do sistema já em equilíbrio, o esperado seria que não houvesse reação química, ou seja, um sistema estático. No entanto, analisando-o por espectrometria de massas, depois de estabelecido o equilíbrio, o que se observa é algo semelhante ao da representação a seguir.

Átomo de nitrogênio Átomo de hidrogênio Átomo de hidrogênio (isótopo deutério)

Representação de sistema contendo moléculas dos gases deutério, nitrogênio e amônia. No equilíbrio, são encontradas moléculas de D2, NH3, N2 bem como de HD, NH2D, NHD2 e ND3. É importante mencionar que estão representadas as possibilidades de composição de moléculas, e não suas proporções no equilíbrio (imagem sem escala; cores fantasia). A presença de dois isótopos diferentes em uma mesma molécula confirma a hipótese do estado de equilíbrio dinâmico, uma vez que, se o sistema fosse estático, não haveria troca de átomos de hidrogênio das moléculas de amônia por átomos de deutério.

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FORMAÇÃO CiDADÃ

A química no interior das cavernas

TALES AZZI/PULSAR IMAGENS

As cavernas desempenharam um papel fundamental na história da espécie humana. Nos primórdios, elas serviram como abrigos, onde até hoje são encontrados diversos registros, conhecidos como pinturas rupestres, feitos pelos seres humanos que habitaram o planeta há milhares de anos. Em grutas e cavernas, pode-se encontrar outra particularidade interessante: a formação de estruturas pontiagudas denominadas estalactites e estalagmites, resultantes de processos químicos em rochas calcárias. As estalactites se desenvolvem a partir do teto da caverna em direção ao chão. Já as estalagmites se desenvolvem a partir do chão da caverna em direção ao teto. O processo de formação de estalactites e estalagmites pode ser resumido da maneira a seguir. 1. A água da chuva reage com o dióxido de carbono da atmosfera e se infiltra no solo, formando ácido carbônico em meio aquoso. H2O(l) + CO2(g) H H2CO3(aq) 2. O ácido formado, ao entrar em contato com o carbonato de cálcio presente nas rochas, promove a dissolução do sal. CaCO3(s) + H2CO3(aq) H Ca2+(aq) + 2 HCO32_(aq) 3. Os íons de cálcio e carbonato permanecem em meio aquoso. À medida que essa água goteja, há perda de dióxido de carbono gasoso, de modo que o carbonato de cálcio se precipita novamente. Assim, a formação dessas estruturas pode ser representada pela reação reversível a seguir. Ca2+(aq) + 2 HCO32_(aq) ê CaCO3(s) + CO2(g) + H2O(l)

A gruta do Lago Azul é uma atração turística importante da região de Bonito por causa da coloração azul vibrante da água e das estalactites que ladeiam seu interior. Bonito (MS), 2024. AT¡v¡DaDeS

Não escreva no livro.

1. Em sites confiáveis, pesquise os temas dos itens a seguir. Em seguida, utilize as informações ob-

tidas para criar um projeto artístico e/ou científico para compartilhar o conhecimento adquirido. a) Espeleologia científica e criativa: como podemos estudar e aprender sobre as cavernas? b) Reservas da Biosfera: qual é a importância de espaços naturais e por que é necessário preservá-los?

2. Na região onde você reside, existe alguma Reserva da Biosfera? Você já visitou alguma caverna? Conhece outros espaços similares? Converse com os colegas e troque informações e impressões sobre suas experiências.

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LUCIANO QUEIROZ/PULSAR IMAGENS

UNIDADE

ESPAÇOS DE APRENDiZAGEM

• O site da Sociedade Brasileira de Espeleologia congrega interessados na exploração, pesquisa e preservação de cavernas e armazena informações relevantes e notícias atualizadas sobre o tema. SOCIEDADE BRASILEIRA DE ESPELEOLOGIA. Campinas, c2023. Site. Disponível em: https://www.cavernas.org.br/. Acesso em: 3 out. 2024.

Pinturas rupestres em caverna de um sítio arqueológico no Parque Nacional Serra da Capivara. Coronel José Dias (PI), 2024.

• Idealizado pela Fundação Museu do Homem Americano (Fumdham), o site apresenta um mapa interativo que reúne informações sobre diversos sítios arqueológicos e paleontológicos na região do semiárido do nordeste do Brasil. SUMMA ARQUEOLÓGICA. [S. l., c2024]. Site. Disponível em: https://www.plataformacapivara.org/Summa/summa/ summa.xhtml. Acesso em: 3 out. 2024.

Constante de equilíbrio

REfliTA

Não escreva no livro.

Para entender melhor como se dá a relação entre as concentrações das 2 É possível prever a proporção de reasubstâncias envolvidas em uma reação em equilíbrio químico, considera-se gentes e produtos uma reação genérica entre as substâncias A e B que forma as substâncias C e de uma reação que D, com seus respectivos coeficientes estequiométricos. Essa reação genérica atingiu o equilíbrio? pode ser representada pela equação química a seguir. aA+bBêcC+dD Em qualquer momento da reação, pode-se calcular o quociente da reação (Q), valor que representa a relação direta entre as concentrações dos produtos e dos reagentes. Assim, o quociente da reação é a razão entre as concentrações dos produtos e dos reagentes, cada uma elevada a uma potência igual ao seu coeficiente estequiométrico. Para a reação genérica anterior, tem-se: Explorar a equação apresentada, atribuindo concentrações arbitrárias para obter diferentes valores de Q e evidenciar, por meio de demonstração, o que representa Q . 1, Q , 1 e Q = 1.

[C]c ? [D]d [A]a ? [B]b

O quociente da reação é muito utilizado para observar o andamento de determinada reação. Valores altos de Q, em relação à unidade, indicam que a maior parte dos reagentes tornou-se produto, enquanto valores baixos de Q indicam o contrário. Já a igualdade Q = 1 indica concentrações equivalentes entre reagentes e produtos. Conforme estudado, quando o equilíbrio químico é estabelecido, as concentrações de reagentes e produtos permanecem constantes. Logo, em situações de equilíbrio químico, o valor de Q também corresponde a uma constante, denominada constante de equilíbrio (KC) e representada pela equação a seguir. Kc =

[C]c ? [D]d [A]a ? [B]b

Note que Q e KC são, essencialmente, uma maneira de expressar a relação entre as concentrações de produtos e reagentes em determinado momento de uma reação. Utiliza-se apenas uma nomenclatura específica para a situação de equilíbrio, porque, após estabelecido, a relação de proporcionalidade entre reagentes e produtos é mantida.

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Portanto, pode-se dizer que os valores de KC . 1 representam sistemas em equilíbrio que favorecem a formação de produtos, e valores de KC , 1 indicam sistemas em equilíbrio que favorecem a formação de reagentes. Já valores de KC = 1 indicam que o equilíbrio se estabelece com concentrações equivalentes de reagentes e produtos. Genericamente, os três casos podem ser representados por meio dos gráficos a seguir.

Concentração

Reagentes Reagentes e e e Reagentes Produtos Produtos Produtos

Concentração Concentração

Reagentes Reagentes Reagentes

KC = 1

Concentração

KC , 1

Concentração Concentração

Concentração

Concentração VINÍCIUS FIORATTI Concentração

Variação da concentração de reagentes e produtos em função do tempo KC . 1 Produtos Produtos Produtos

Produtos Produtos Produtos Reagentes Reagentes Reagentes

Tempo Tempo Tempo

Reagentes

Produtos

Kc , 1, reagentes predominam no equilíbrio.

Tempo Tempo Tempo

Reagentes

Produtos

Tempo Tempo Tempo

Reagentes

Kc = 1, reagentes e produtos em concentrações equivalentes no equilíbrio.

Produtos

Kc . 1, produtos predominam no equilíbrio.

Quando reagentes e produtos de uma reação estão no estado gasoso, as concentrações usadas na equação para a determinação da constante de equilíbrio podem ser substituídas pelos valores de pressão parcial de cada substância. Essa grandeza corresponde à pressão que um gás exerceria, à mesma temperatura, se não fizesse parte de uma mistura, ou seja, se estivesse sozinho no recipiente. Assim, considerar a seguinte reação: a A(g) + b B(g) ê c C(g) + d D(g) A constante de equilíbrio pode ser calculada pela seguinte expressão:

Kp =

[pC]c ? [pD]d [pA]a ? [pB]b

As constantes KC e KP representam diferentes opções matemáticas para descrever sistemas em equilíbrio químico e podem ser relacionadas ao considerar a equação de Clapeyron (PV = nRT) da seguinte maneira:

KC =

Kp (RT)Dn

KP = KC ? (RT)Dn

Nessa equação, Dn = (nC + nD) _ (nA + nB), ou seja, a variação na quantidade de matéria entre produtos e reagentes.

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É importante mencionar que as constantes de equilíbrio, seja em termos de concentração em quantidade de matéria, seja em termos de pressão parcial, dependem da temperatura do sistema.

UNIDADE

Constantes de equilíbrio de reações Reação

Constante de equilíbrio (KC)

H2(g) + Cl2(g) ê 2 HCl(g)

4,0 ? 1031 (a 300 K)

H2(g) + Br2(g) ê 2 HBr(g)

1,9 ? 1017 (a 300 K)

H2(g) + I2(g) ê 2 HI(g)

7,9 ? 102 (a 298 K)

N2(g) + 3 H2(g) ê 2 NH3(g)

4,2 ? 108 (a 298 K)

2 SO2(g) + O2(g) ê 2 SO3(g)

9,9 ? 1025 (a 298 K)

N2O4(g) ê 2 NO2(g)

6,1 ? 1023 (a 298 K)

Fonte: ATKINS, Peter; JONES, Loretta; LAVERMAN, Leroy. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. 7. ed. Porto Alegre: Bookman, 2018. p. 402.

AT¡v¡DaDeS

Não escreva no livro.

1. É a sua vez de ser cientista! Com cuidado e sob a supervisão de um responsável, acenda uma vela e observe-a com atenção. Redija um texto em linguagem científica para explicar o que acontece. Consulte o professor para que ele organize um debate em sala de aula. Para analisar os textos e conversar com a turma, o professor de Língua Portuguesa pode ser convidado para esta atividade.

2. Esboce, em seu caderno, um gráfico da variação de concentração das substâncias ao longo do tempo, considerando os valores de KC apresentados para cada um dos sistemas a seguir. a) N2O4(g) ê 2 NO2(g); KC = 4,0 ? 10_2

b) H2(g) + Cl2(g) ê 2 HCl(g); KC = 4,0 ? 1031

3. Esboce, em seu caderno, representações submicroscópicas para uma transformação irreversível e

outra reversível, indicando o que acontece no meio reacional ao longo do tempo. Para isso, considere três momentos: o tempo zero (início da reação), um tempo curto 1 (durante a reação) e um tempo longo 2 (final da reação ou equilíbrio químico). Em seguida, descreva as diferenças do que ocorre nos tempos 1 e 2 nas duas situações.

4. Considere as informações a seguir, obtidas para reações realizadas a uma temperatura de 300 K. Reação H2(g) + Br2(g) ê 2 HBr(g)

H2(g) + I2(g) ê 2 HI(g)

Concentrações no equilíbrio (mol/L) H2

Br2

1,00

5,00

2,00

HBr

KC 1,9 ? 1017

7,9 ? 102

No equilíbrio, qual será a concentração dos produtos?

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24 TEMA

A síntese de amônia, substância essencial para a produção de fertilizantes, depende do controle preciso do equilíbrio químico entre reagentes e produtos, otimizando a eficiência e a sustentabilidade industrial. Fábrica de produção de amônia em Cubatão (SP), 2023.

Sistemas em equilíbrio Respostas e comentários deste Tema estão disponíveis nas Orientações para o professor.

Compreender o comportamento de um sistema em equilíbrio químico é essencial para controlar e otimizar reações químicas, especialmente em processos industriais. Como estudado, o equilíbrio ocorre quando a rapidez das reações direta e inversa se igualam, tornando constantes as concentrações de reagentes e produtos. Com base nesse entendimento, é possível prever as condições do sistema e manipulá-las para melhorar a eficiência das reações e garantir o máximo rendimento possível. Há alguns fatores que influenciam o equilíbrio químico. Ao alterá-los, verifica-se uma resposta de um sistema reacional que pode atender ou não a necessidade de um pesquisador ou de uma indústria. Ajustar essas variáveis de forma estratégica gera melhores resultados na produção de bens e no desenvolvimento de novos materiais. Esses ajustes maximizam a quantidade de produtos, além disso, reduzem os custos e os impactos ambientais, pois evitam desperdícios e processos ineficientes. A manipulação do equilíbrio químico é uma ferramenta poderosa no desenvolvimento de métodos sustentáveis e economicamente viáveis. Dessa forma, o conhecimento mais aprofundado de equilíbrio químico é indispensável para a busca de soluções inovadoras e para o aprimoramento de processos industriais.

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I VE

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Princípio de Le Châtelier

REfliTA

Não escreva no livro.

Foi explicado, no Tema anterior, que sistemas em equilíbrio químico 1 O que acontecerá são dinâmicos, ou seja, as reações diretas e inversas não param de ocorrer. com um sistema em Esse dinamismo foi estudado por vários cientistas, principalmente pelo equilíbrio se for adiquímico e metalurgista francês Henri Louis Le Châtelier (1850-1936), com cionado a ele uma quantidade a mais de base nos trabalhos de alguns pesquisadores, como o químico neerlandês um dos reagentes? Jacobus Henricus Van’t Hoff (1852-1911) e o físico franco-luxemburguês Jonas Ferdinand Gabriel Lippmann (1845-1921). Em 1884, Van’t Hoff publicou Etudes de dynamique chimique (“Estudos em química dinâmica”, em tradução livre), no qual apresentou seus estudos sobre a cinética das reações químicas, aplicando leis da termodinâmica para analisar o equilíbrio químico. Lippmann, ao estudar os fenômenos químicos relacionados à eletricidade, propôs que um fenômeno que ocorre em um sentido pouco se opõe à ocorrência do fenômeno no sentido inverso. No mesmo ano, Le Châtelier enunciou um princípio que, atualmente, leva seu nome e pode ser resumido da seguinte maneira. Todo sistema em equilíbrio químico, quando sujeito à influência de uma causa externa que varie sua temperatura ou sua condensação (isto é, pressão ou concentração), sofre modificações internas que, se acontecerem isoladamente, resultam em uma mudança de temperatura ou de condensação contrária à causa exterior inicial. Em 1888, Le Châtelier apresentou uma nova formulação de sua teoria, mais simples e generalizada, à qual deu o nome de lei de oposição da reação à ação. Essa teoria ficou conhecida como princípio de Le Châtelier. De acordo com esse princípio, quando uma alteração, seja na temperatura, seja na pressão, seja na concentração, é imposta a um equilíbrio químico, ele deixa de ocorrer por um certo intervalo de tempo até que um novo equilíbrio se estabeleça, de modo que a concentração de reagentes e/ou de produtos nesse novo equilíbrio pode ser maior ou menor, dependendo da modificação imposta. Mesmo com suas limitações, o princípio de Le Châtelier, quando aplicado em condições experimentais semelhantes àquelas em que se baseou, é muito útil para prever alterações nos sistemas em equilíbrio químico. Embora seja considerado uma boa ferramenta, ele não deve ser tomado como verdade absoluta, e sim como uma regra prática que se aplica a uma grande variedade de situações, mas não a todas. Diante disso, serão abordados três cenários que envolvem alteração de um equilíbrio químico e que estão de acordo com o princípio de Le Châtelier: adição/remoção de um reagente/produto, alteração de pressão causada por variação de volume e alteração de temperatura.

UNIDADE

Variação da concentração Considere a reação de equilíbrio entre o tetróxido de dinitrogênio (N2O4) e o dióxido de nitrogênio (NO2), conforme descreve a equação. N2O4(g) ê 2 NO2(g) Quando o sistema está em equilíbrio, quantidades iguais de tetróxido de dinitrogênio são formadas e consumidas, de modo que, macroscopicamente, não se observam alterações no sistema. Assumindo que, nessa condição de equilíbrio, as concentrações dessas substâncias são [N2O4] = = 0,25 mol/L e [NO2] = 0,1 mol/L, o que acontecerá com essa condição se NO2 for adicionado ao sistema até que sua concentração se estabilize em 1 mol/L? Para realizar esse cálculo, pode-se utilizar a equação da constante de equilíbrio. Kc =

[NO2]2 [N2O4]

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Sabendo que a constante KC desse equilíbrio, a 300 K, é igual a 4,0 ? 10_2, pode-se fazer o seguinte cálculo. 4,0 ? 10_2 =

(1)2 [N2O4]

[N2O4] =

1 0,04

[N2O4] = 25 mol/L

Ou seja, quando NO2 é adicionado, a reação de formação de mais N2O4 é favorecida, até que se chegue a um novo estado de equilíbrio descrito pela constante KC. De maneira similar, se for adicionado mais N2O4, a reação de formação de NO2 será favorecida, até que novo estado de equilíbrio seja atingido. Pode-se dizer, portanto, que a adição de uma substância participante de um sistema em equilíbrio favorece a reação que resultará no seu consumo, até que se estabeleça um novo equilíbrio. Se uma substância for retirada do sistema, a reação que a forma será favorecida, recompondo sua concentração em uma nova condição de equilíbrio. Pode-se dizer que o sistema tende a “neutralizar” a variação de concentração imposta.

Variação da pressão Reações em equilíbrio que apresentam pelo menos um componente no estado gasoso podem ser afetadas por alterações de pressão de modo a favorecer a formação de substâncias que ocupam menor volume. Considere novamente o sistema em equilíbrio descrito pela equação a seguir. N2O4(g) ê 2 NO2(g) Incolor

Castanho

Deslocamento do equilíbrio N2O 4(g) ê 2 NO2(g) em função da pressão. A redução do volume causa aumento da concentração de ambos os gases, o que torna a cor do sistema mais escura (A) e (B). Em seguida, há um deslocamento do equilíbrio que compensa essa alteração, e a cor fica levemente mais clara (C).

GIPHOTOSTOCK IMAGES/SCIENCE SOURCE/FOTOARENA

Agora, considere a mistura dos gases N2O4 e NO2 armazenada em uma seringa cujo êmbolo pode ser pressionado para aumentar a pressão sobre o sistema ou puxado para diminuí-la, alterando de um modo ou de outro o volume inicial. Quando o êmbolo é empurrado, há uma diminuição de volume do sistema e um aumento da concentração dos dois gases, uma vez que a quantidade de matéria continua a mesma para um volume menor. Consequentemente, verifica-se que a coloração do sistema adquire um tom castanho mais escuro. Alguns instantes depois, a coloração do sistema adquire um tom levemente mais claro, o que poderia ser explicado por uma maior formação de N2O4. Assim, pode-se concluir que, para compensar o aumento de concentração causado pelo aumento de pressão sobre o sistema, ocorre um deslocamento do equilíbrio no sentido de formação do gás incolor, que tem menor quantidade de matéria (há 1 mol de tetróxido de dinitrogênio para cada 2 mol de dióxido de nitrogênio) e, portanto, ocupa menor volume, até que se estabeleça um novo equilíbrio químico. Pode-se dizer que, se o aumento da pressão resultar na diminuição de volume de um recipiente, ocorrerá um deslocamento do equilíbrio no sentido da formação da espécie gasosa que ocupe o menor volume. A B C

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UNIDADE

Variação da temperatura De modo geral, a constante de equilíbrio de qualquer reação química depende da temperatura. No entanto, para avaliar sua influência em um equilíbrio químico, é preciso conhecer as variações de entalpia (DH) envolvidas nas reações direta e inversa. Se a reação for exotérmica (libera calor), a formação dos produtos será favorecida pela diminuição da temperatura. Se a reação for endotérmica (absorve calor), a formação dos produtos será favorecida pelo aumento da temperatura. Considere mais uma vez a reação a seguir. N2O4(g) ê 2 NO2(g) Incolor

Castanho

Analise, agora, os valores de constante de equilíbrio dessa reação a diferentes temperaturas. Constante de equilíbrio em função da temperatura Temperatura

Constante de equilíbrio (KC)

300 K

0,04

400 K

1,4

500 K

Fonte: ATKINS, Peter; JONES, Loretta. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. 3. ed. Porto Alegre: Bookman, 2006. p. 485.

Note que o aumento da temperatura causa o aumento da constante de equilíbrio, o que significa um favorecimento da formação do produto NO2. Pode-se deduzir, portanto, que o sentido direto da reação é endotérmico e o sentido inverso é exotérmico.

Presença de catalisadores Um catalisador, como estudado anteriormente, permite que uma reação ocorra por um mecanismo que envolve menor energia de ativação. Uma menor energia de ativação torna a reação mais rápida. Em um sistema em equilíbrio, o catalisador altera a rapidez das transformações químicas tanto no sentido direto quanto no inverso, sem deslocar o equilíbrio. Observe, nos gráficos a seguir, um equilíbrio químico estabelecido entre duas substâncias hipotéticas A e B após um intervalo de tempo (teq).

Z B

teq 1

B Y

teq 2 , teq 1

Tempo teq 1

Fonte: Dados fictícios.

A X

Tempoteq 2

EDITORIA DE ARTE

Concentração (mol/L)

A ê B (com catalisador)

A ê B (sem catalisador)

Z Y X

teq 2Tempo

Tempo Fonte: Dados fictícios.

Na presença de catalisador, o equilíbrio é atingido em um intervalo de tempo menor (teq2 , teq1), sem que ocorram alterações nas quantidades das substâncias, já que as quantidades de matéria (mol) não se alteram.

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Equilíbrio ácido-base Não escreva no livro.

Existem algumas teorias que definem as substâncias denominadas ácidos e bases. Neste momento dos estudos, considere que ácidos são subs2 Você, provavelmentâncias que, em meio aquoso, sofrem ionização e liberam íons hidrogênio te, consome bebi(H+); e bases são substâncias que, em meio aquoso, sofrem dissociação e das ácidas. Poderia liberam íons hidróxidos (OH_). apontar uma? Vale frisar que a caracterização de uma substância como ácida ou básica sempre se dá em relação ao comportamento dela em soluções aquosas. É importante ressaltar também que ionização (ácidos em água) e dissociação iônica (bases em água) são processos diferentes. Ionização é um processo químico de formação de íons a partir de átomos neutros, enquanto dissociação iônica é um processo físico de separação de íons já existentes. Alguns ácidos, como o clorídrico (HCl), são denominados ácidos fortes; isso significa que praticamente todas as moléculas da substância se ionizam em meio aquoso. A equação a seguir representa a ionização total do ácido clorídrico. HCl(aq) H H+(aq) + Cl_(aq) Assumindo uma ionização total, se uma solução desse ácido com concentração de 0,1 mol/L for preparada e for considerado que cada molécula de HCl originará um íon hidrogênio (H+) e um íon cloreto (Cl_), a concentração de cada íon será igual a 0,1 mol/L e a de ácido clorídrico (HCl) será igual a zero. No entanto, há ácidos, como o acético (H3CCOOH), que só se ionizam parcialmente e, por isso, são denominados ácidos fracos. Como se trata de um ácido orgânico, cujas características serão abordadas posteriormente, será utilizada uma representação simplificada de sua ionização (HAc indica o ácido acético e Ac_ indica o íon acetato). HAc(aq) ê H+(aq) + Ac_(aq) Note que a equação química apresenta uma seta dupla, indicando uma situação de equilíbrio da qual se pode deduzir uma constante de ionização de ácidos (Ka), dada a seguir. REfliTA

Ka =

[H+] ? [AC_] [HAc]

Ka =

[H+] ? [A_] [HA]

Note que valores mais altos de Ka resultam em valores maiores de concentração dos íons H+ e A_ e valores menores de concentração de HA. Quimicamente, pode-se interpretar valores mais altos de Ka como indicativos de que a ligação covalente H - A é rompida com mais facilidade, enquanto valores mais baixos de Ka indicam que essa ligação é mais forte no ácido, e, portanto, menos íons H+ e A_ se formam. Se uma solução de ácido acético com concentração de 0,1 mol/L for preparada, uma parte se ioniza, formando os íons hidrogênio e acetato, cujas concentrações podem ser calculadas por meio de Ka.

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Generalizando para um ácido fraco HA qualquer:

Substâncias ácidas estão presentes nos limões, por exemplo. Nos cajus, o sabor adstringente característico é ocasionado por substâncias básicas.

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UNIDADE

Para estimar as concentrações das espécies químicas, assume-se que uma quantidade x de matéria de HAc ioniza, formando as espécies iônicas H+ e Ac_. Assim: [HAc] = (0,1 _ x) mol/L [H+] = x mol/L [Ac_] = x mol/L No entanto, como HAc é um ácido fraco, sua concentração no equilíbrio será praticamente igual à concentração inicial, de modo que se pode assumir que: [HAc] = (0,1 _ x) mol/L 1 0,10 mol/L Para esse ácido, o valor da constante de ionização, a 25 °C, é igual a 1,73 ? 10_5 mol/L. Portanto: 1,73 ? 10_5 mol/L =

x?x 0,10 mol/L

x2 = 1,73 ? 10_6 mol2/L2

x = 1,32 ? 10_3 mol/L

Ou seja: [H+] = [Ac_] = 1,32 ? 10_3 mol/L Esse valor indica que, em solução, além da água, há três espécies químicas com as seguintes concentrações. [Ac_] = 1,32 ? 10_3 mol/L [HAc] 1 0,10 mol/L [H+] = 1,32 ? 10_3 mol/L Os valores de concentração das espécies nesses tipos de equilíbrio costumam ser muito baixos, por essa razão é comum expressá-las por meio de logaritmos.

Calculando a acidez de um sistema O que define a acidez de uma solução é a concentração do íon hidrogênio [H+], que, por sua vez, depende da concentração do ácido e de sua força (constante de equilíbrio). No início do século XX, especificamente em 1909, o cientista dinamarquês Søren Sørensen (1868-1939) criou métodos para controle de qualidade em processos de fermentação na indústria de bebidas. Como o controle da acidez nesses processos é fundamental, Sørensen frequentemente lidava com cálculos envolvendo a concentração de íons H+. Ao perceber que essas concentrações eram representadas por números extremamente pequenos, ele criou uma escala prática para medir a acidez e a basicidade, utilizando números positivos de 0 a 14. Essa escala é conhecida hoje como pH (potencial hidrogeniônico). Escala de pH.

Ácido

Básico Neutro

A concentração do íon hidrogênio [H+] pode chegar a valores da ordem de 10_14. Por isso, utiliza-se Caso considere pertinente, comente que a função uma função logarítmica para determinar sua concentração. pH = _log [H+]

logarítmica é a função inversa da exponencial. Essa função permite comprimir uma vasta gama de valores muito pequenos, difíceis de serem prontamente assimilados, em uma escala mais manejável. Facilitando a comparação e análise de soluções no contexto ácido-base.

Dessa forma, uma concentração de 0,01 mol do íon hidrogênio (H+) por litro de solução pode ser escrita da seguinte forma. pH = _ (_2) pH = 2 pH = _log (0,01) pH = _log (10_2) É importante frisar que essa escala, por estar associada a um sistema em equilíbrio químico, deve ser dada sempre em relação a uma determinada temperatura (normalmente, à temperatura ambiente de 25 °C).

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As bases formam soluções chamadas de alcalinas. O que define a basicidade, ou a alcalinidade, de uma solução é a concentração do íon hidróxido [OH_], que, por sua vez, depende da concentração da base e de sua força (assim como os ácidos, há bases fortes e fracas). A concentração do íon OH_, chamado hidroxila, também pode chegar a valores da ordem de 10_14. Por isso, a função logarítmica utilizada, nesse caso, é expressa em termos de pOH. pOH = _log [OH_]

Escalas de pH e pOH A água também apresenta um equilíbrio de ionização, pois suas moléculas estão em constante movimento, chocando-se frequentemente. Uma parte pequena delas se quebra formando íons hidrogênio (H+) e hidróxido (OH_). Esse equilíbrio pode ser representado pela equação química. H2O(l) ê H+(aq) + OH_(aq) Esse equilíbrio é descrito por uma constante chamada produto iônico da água (Kw) (em que w corresponde a water, que significa “água” em inglês), sendo representado pela equação. Kw = [H+] ? [OH_] Nessa equação, a concentração da água não aparece, pois, em soluções aquosas, ela é considerada constante e está incluída no valor de Kw. Como qualquer outra constante de equilíbrio, Kw depende da temperatura e, à temperatura ambiente (25 °C), tem valor igual a 1,0 ? 10_14. Assim, se a concentração do íon hidrogênio na solução for conhecida, será possível determinar a concentração de íons hidróxidos, e vice-versa. Aplicando, nessa equação, o logaritmo na base decimal e multiplicando os dois lados por _1, verifica-se o seguinte cálculo. _log (1,0 ? 10_14) = _log ([H+] ? [OH_]) _log (1,0 ? 10_14) = _log [H+] _ (_log [OH_]) 14 = pH + pOH Por causa do equilíbrio de autoionização da água, mesmo uma amostra de água pura contém pequenas quantidades dos íons H+ e OH_. Se as concentrações dos dois íons forem iguais, os valores de pH e pOH também serão iguais. Dessa forma, pode-se substituir o pOH por pH: pH = 14 _ pH 2 pH = 14 pH = 7 = pOH Diz-se que uma solução a 25 °C, com valor de pH (ou pOH) igual a 7, é neutra, pois tem quantidades iguais de íons H+ e OH_. Soluções ácidas têm pH menor do que 7, e soluções básicas têm pH maior do que 7. O inverso é válido para os valores de pOH. Essas informações estão resumidas a seguir. Valores de pH e pOH em função das concentrações dos íons H+ e OH_ pH

pOH

Classificação da solução

Balanço hidrogênio/hidróxido

Neutra

[H+] = [OH_]

Ácida

[H+] . [OH_]

Básica

[H+] , [OH_]

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UNIDADE

VINÍCIUS FIORATTI

Não é apenas a água pura que pode ser neutra. Se as concentrações de H+ e OH_ em qualquer solução forem iguais, o pH será 7. Apesar de os valores de pH e pOH poderem atingir magnitudes negativas ou maiores do que 14, essas situações não são comuns. Por isso, a escala de pH varia de 0 até 14, pois é nesse intervalo que se encontram a grande maioria das soluções naturais ou preparadas em laboratório. Vale destacar que a espécie química íon hidrogênio H+ dificilmente existe em solução aquosa, porque ela se associa a moléculas de água, formando íons hidrônio (H3O+). H+

H2O

H3O+ (Íon hidrônio)

OH_ (Íon hidróxido)

Reação do equilíbrio de autoionização da água. As esferas correspondem aos átomos; em vermelho, os de oxigênio e em branco, os de hidrogênio (imagem sem escala; cores fantasia).

Atualmente, a escala de pH se aplica a uma vasta gama de processos. Por causa das possíveis variações nos processos de medição e nas condições do equilíbrio químico, as concentrações de H+ e de OH_ não devem ser associadas a um único valor da escala, e sim a faixas de valores de pH.

Solução ou fluido

Faixa de pH a 25 °C

Suco gástrico

De 1,6 a 1,8

Urina

De 5,5 a 7,5

Saliva

De 6,2 a 7,4

Sangue

De 7,35 a 7,45

Bile

De 7,8 a 8,6

Suco de limão

De 2,8 a 3,4

Café

De 4,8 a 5,2

Leite

De 6,3 a 6,6

Água de torneira

De 6,5 a 8,0

Ovo

De 7,6 a 8,0

Fonte: SACKHEIM, George I.; LEHMAN, Dennis D. Química e bioquímica para ciências biomédicas. 8. ed. Barueri: Manole, 2001. p. 203.

Alguns indicadores de pH são feitos com determinadas substâncias que, ao entrar em contato com a solução, adquirem padrões de coloração específicos para cada faixa de pH.

REALITYEXPLORER/ SHUTTERSTOCK.COM

Faixas de pH de alguns materiais

ESPAÇOS DE APRENDiZAGEM

• A titulação é uma técnica de laboratório utilizada para determinar a concentração desconhecida de uma substância. O vídeo a seguir apresenta uma titulação de ácido clorídrico com hidróxido de sódio. TITULAÇÃO de ácido clorídrico com hidróxido de sódio em mesma concentração: pHmetro. São Paulo: USP, 2019. 1 vídeo (6 min). Publicado pelo Portal de videoaulas e-Aulas da Universidade de São Paulo. Disponível em: https:// eaulas.usp.br/portal/video?idItem=23926. Acesso em: 3 out. 2024. • Este texto apresenta os sistemas-tampão, equilíbrios químicos que têm a propriedade de resistir a variações de pH causadas por uma diluição ou pela adição de ácidos ou bases. FIORUCCI, Antonio Rogério; SOARES, Márlon Herbert Flora Barbosa; CAVALHEIRO, Éder Tadeu Gomes. O conceito de solução tampão. Química Nova na Escola, [s. l.], n. 13, p. 18-21, maio 2001. Disponível em: http://qnesc.sbq.org.br/ online/qnesc13/v13a04.pdf. Acesso em: 3 out. 2024.

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FORMAÇÃO CiDADÃ

O equilíbrio químico na formação da amônia A amônia é amplamente utilizada na produção de fertilizantes nitrogenados adotados em práticas agrícolas ao redor do mundo. Essas substâncias liberam nitrogênio no solo, o qual é absorvido pelas plantas e integrado aos seus processos vitais. Estima-se que cerca de 90% da amônia produzida globalmente seja destinada à agricultura. Como comentado no Tema anterior, o processo de síntese da amônia foi aperfeiçoado em escala industrial pelo químico alemão Carl Bosch, em um método que ficou conhecido como síntese de Haber-Bosch. Relembre a reação. N2(g) + 3 H2(g) ê 2 NH3(g) DH0 = _92,22 kJ/mol (a 298 K) A grande inovação trazida pela síntese de Haber-Bosch foi a utilização do gás nitrogênio do ar atmosférico, tornando o processo economicamente viável. Durante a Primeira Guerra Mundial, quando a Alemanha enfrentou dificuldades de importar fertilizantes naturais por causa de embargos, o trabalho desses cientistas foi fundamental para o desenvolvimento de um método de conversão do gás nitrogênio atmosférico em fertilizantes. Essa é uma das muitas contribuições dos químicos para a sociedade: desenvolver soluções que tornem os processos industriais mais eficientes e sustentáveis. N2, H2, CO2

Vapor

Aquecimento

Compressão

H 2O

N2, H2, NH3 Catalisador 500 ºC

H 2O

Ar (O2 e N2)

N 2, H2 H 2O

II N2, H2, CO

H2O, CO2

Reator Catalisador 450 °C 300 bar Compressão

Resfriamento N 2, H2

Amônia líquida

FRANCIS E WILLIAMS/WIKIPEDIA/ WIKIMEDIACREATIVE COMMONS CC0 4.0

Metano (CH4) Água (H2O)

I. CH4 + H2O H CO + 3 H2 II. 2 CH4 + O2 H 2 CO + 4 H2 Elaborada com base em: RIBEIRO, Daniel. Processo de Haber-Bosch. Revista de Ciência Elementar, Porto, v. 1, n. 1, p. 68-69, out./dez. 2013. p. 69. Disponível em: https://rce.casadasciencias.org/rceapp/pdfr/1/1/. Acesso em: 5 out. 2024.

Representação do processo Haber-Bosch para produção de amônia (imagem sem escala; cores fantasia). AT¡v¡DaDeS

Não escreva no livro.

1. Como o desenvolvimento da síntese de Haber-Bosch influenciou o curso da Primeira Guerra Mundial e o avanço da agricultura moderna?

2. Qual é a relação entre o desenvolvimento de um novo processo mais eficiente e econômico para

a obtenção de um material e seu preço no mercado? Quais seriam as possíveis consequências desse avanço para a sociedade?

3. Analisando o sistema em equilíbrio de produção da amônia, pesquise como os cientistas Haber e Bosch resolveram o dilema do aumento da produtividade de amônia.

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AT¡v¡DaDeS

UNIDADE

Não escreva no livro.

1. Qual é a concentração de HBr(g) em um sistema em equilíbrio no qual as concentrações de H2(g) e Br2(g) são iguais a 0,100 mol/L?

2. Considere a reação em equilíbrio N2O4(g) ê 2 NO2(g) e a constante de equilíbrio igual a 4,0 ? 10_2.

Calcule o valor de concentração do tetróxido de dinitrogênio, sabendo que a concentração de dióxido de nitrogênio é igual a: a) 1,00 mol/L. b) 0,500 mol/L.

3. Considere as reações em equilíbrio representadas pelas equações a seguir. Em que sentido o equilíbrio será deslocado se a pressão do sistema for aumentada? Justifique cada caso. a) I2(g) ê 2 I(g)

b) H2(g) + Cl2(g) ê 2 HCl(g)

c) 2 SO2(g) + O2(g) ê 2 SO3(g)

4. Considere o equilíbrio descrito pela equação. 2 SO2(g) + O2(g) ê 2 SO3(g) Dados os valores de constante de equilíbrio a diferentes temperaturas, defina se a reação direta é endotérmica ou exotérmica e justifique. Temperatura

Valores de Kc

300 K

9,9 ? 1025

400 K

1,0 ? 1012

500 K

1,7 ? 106

5. Quais são os valores de pH e pOH de uma solução de ácido clorídrico com concentração de 0,10 mol/L e de uma solução de ácido acético com a mesma concentração?

a) Descreva o que acontece com a concentração dos reagentes e do produto ao longo do tempo. b) Em seu caderno, faça uma representação gráfica da concentração das substâncias em função do tempo, no qual seja possível observar o que acontece após adição de um catalisador.

8. Um aquarista realizou um teste de pH em um dos seus aquários

ORACICART

da ao que se pede.

Concentração (mol/L)

6. Em seu caderno, elabore um texto apresentando a importância do princípio de Le Châtelier para a indústria. 7. Considere o gráfico apresentado a seguir. Em seguida, respon[C]

[A2] [B2] Tempo

Fonte: dados fictícios. BOBAN_NZ/SHUTTERSTOCK.COM

onde vivem peixes chamados tetra negro (Gymnocorymbus ternetzi). Esses peixes estão acostumados com um ambiente com pH entre 6,0 e 7,0. Na amostra da água, ele utilizou o indicador azul de bromotimol, substância que muda de cor a depender do pH da solução. Ela tem cor amarelo intenso em pH ácido, começa a mudar de cor em uma faixa de pH de 6,0 a 7,6 (chamada de intervalo de viragem) e passa por um verde até um azul-escuro em pH básico. a) Considerando que a cor da amostra ficou azulada, qual orientação você apresentaria para o aquarista? b) Analisando a escala de pH (0 a 14), apresente as faixas de valores de pH para as cores apresentadas: amarelo, verde e azul.

Peixe tetra negro (Gymnocorymbus ternetzi).

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ORGAN¡ZANDO AS ¡De¡AS Analise o esquema a seguir, que apresenta e relaciona os principais conceitos estudados nesta Unidade.

Catalisadores Rapidez da reação

pH e pOH

Fatores que afetam a rapidez

Princípio de Le Châtelier

Teoria do estado de transição Constante de equilíbrio

Cinética química

Reações reversíveis

Energia de ativação

Energia e movimento

Equilíbrio químico

Termoquímica Calorimetria Sistema e vizinhança Reações exotérmicas Entalpia

Reações endotérmicas

Lei de Hess

Imagens ilustrativas e sem escala; cores fantasia.

Não escreva no livro

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13/11/2024 06:53

UNIDADE

AT¡v¡DADeS COMPleMeNTAReS Respostas e comentários estão disponíveis nas Orientações para o professor.

Não escreva no livro

c) A entalpia dos reagentes é igual à dos produtos.

1. (UFBA) Em relação aos aspectos energéticos envolvidos nas transformações químicas, pode-se afirmar:

d) A entalpia dos produtos é maior que a dos reagentes. e) A variação de entalpia é maior que zero.

Tema 20 – Entalpia e lei de Hess

3. (Enem/MEC) O aproveitamento de resíduos flo-

Tema 19 – Química e energia

2. (UFRRJ) Desde a pré-história, quando aprendeu

ORACICART

Entalpia (H) Hr

DH Hp

Caminho da reação

a) O gráfico representa uma reação endotérmica. b) O gráfico representa uma reação exotérmica.

a) _106.

c) _82,0.

b) _94,0.

d) _21,2.

e) _16,4.

4. (Enem/MEC) Nas últimas décadas, o efeito estufa tem-se intensificado de maneira preocupante, sendo esse efeito muitas vezes atribuído à intensa liberação de CO2 durante a queima de combustíveis fósseis para geração de energia. O quadro traz as entalpias-padrão de combustão a 25 °C (DH) do metano, do butano e do octano.

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Fórmula Molecular

Massa molar

metano

CH4

890

butano

C4H10

2.878

octano

C8H18

114

5.471

Tema 21 – Cinética química

5. (Enem/MEC) Alguns fatores podem alterar a

Com base no texto, quais são os fatores que influenciam a rapidez das transformações químicas relacionadas aos exemplos 1, 2 e 3, respectivamente? a) Temperatura, superfície de contato e concentração. b) Concentração, superfície de contato e catalisadores. c) Temperatura, superfície de contato e catalisadores. d) Superfície de contato, temperatura e concentração. e) Temperatura, concentração e catalisadores.

Tema 22 – Catálise

6. (UEG-GO) Durante a manifestação das rea-

Entalpia (kJ) 60

rapidez das reações químicas. A seguir, destacam-se três exemplos no contexto da preparação e da conservação de alimentos:

–10

2. Um procedimento muito comum utilizado em práticas de culinária é o corte dos alimentos para acelerar o seu cozimento, caso não se tenha uma panela de pressão. 3. Na preparação de iogurtes, adicionam-se ao leite bactérias produtoras de enzimas que aceleram as reações envolvendo açúcares e proteínas lácteas.

ORACICART

Composto

A+B C+D Coordenada da reação

Com base no diagrama, no sentido direto da reação, conclui-se que a: a) energia de ativação da reação sem o catalisador é igual a 15 kJ. b) energia de ativação da reação com o catalisador é igual a 40 kJ. c) reação é endotérmica. d) variação de entalpia da reação é igual a _30 kJ.

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Tema 23 – Equilíbrio químico

7. (Enem/MEC) A formação de estalactites depende da reversibilidade de uma reação química. O carbonato de cálcio (CaCO3) é encontrado em depósitos subterrâneos na forma de pedra calcária. Quando um volume de água rica em CO2 dissolvido infiltra-se no calcário, o minério dissolve-se formando íons Ca 2+ e HCO_3. Numa segunda etapa, a solução aquosa desses íons chega a uma caverna e ocorre a reação inversa, promovendo a liberação de CO2 e a deposição de CaCO3, de acordo com a equação apresentada. Ca2+(aq) + 2 HCO_3 (aq) ê ê CaCO3(s) + CO2(g) + H2O(l) DH = +40,94 kJ/mol

01 Para melhorar o rendimento dessa reação pode-se diminuir a concentração de SO2(g) ou de O2(g). 02 Para que essa reação atinja o equilíbrio mais rapidamente, pode-se aumentar a concentração de SO2(g) ou de O2(g). 04 Para melhorar o rendimento dessa reação pode-se aumentar o volume do recipiente em que a reação ocorre e, desta forma, diminuir a pressão. 08 A síntese do SO3 é uma reação exotérmica. 16 Para melhorar o rendimento dessa reação deve-se abaixar a temperatura.

Tema 24 – Sistemas em equilíbrio

9. (Enem/MEC) A tabela lista os valores de pH de

Considerando o equilíbrio que ocorre na segunda etapa, a formação de carbonato será favorecida pelo(a):

algumas bebidas consumidas pela população.

a) diminuição da concentração de Íons OH_ no meio.

Bebida

Refrigerante

5,0

b) aumento da pressão do ar no interior da caverna.

Café

3,0

Vinho

4,5

c) diminuição da concentração de HCO no meio.

Suco de limão

2,5

Chá

6,0

_ 3

d) aumento da temperatura no interior da caverna. e) aumento da concentração de CO2 dissolvido.

2 SO2(g) + O2(g) ê SO3(g)

O esmalte dos dentes é constituído de hidroxiapatita (Ca5(PO4)3OH), um mineral que sofre desmineralização em meio ácido, de acordo com a equação química:

As constantes de equilíbrio, Kc, para essa reação em diferentes temperaturas são as seguintes:

Ca5(PO4)3OH(s) ê ê 5 Ca2+(aq) + 3 PO43_(aq) + OH_(aq)

8. (UEPG-PR) Considerando a equação em equilíbrio, de síntese do SO3:

Temperatura (K)

100

1 000

1 200

UNIDADE

Com base nessa equação e nos fatores que podem afetar seu equilíbrio, indique as alternativas corretas. A resposta é a soma dos números correspondentes às alternativas corretas.

Das bebidas listadas na tabela, aquela com menor potencial de desmineralização dos dentes é o: a) chá. b) café. c) vinho. d) refrigerante. e) suco de limão.

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InTEGranDO COm... BIOLOGIA E MATEMÁTICA

Homeostase ácido-base É comum as pessoas dizerem que é preciso ter uma vida e uma alimentação equilibradas; que é preciso manter o equilíbrio entre o trabalho e/ou o estudo, o descanso e o lazer. Note que a palavra equilíbrio, nesses contextos, tem relação com uma boa qualidade de vida. Segundo os níveis de organização abordados na Química e na Biologia, sabe-se que o corpo é formado de átomos, moléculas, organelas, células, tecidos, órgãos e sistemas. Será que existe equilíbrio nesses níveis de organização do corpo humano? Como a Química pode ajudar a entender essa dinâmica?

Compreendendo a homeostase

A homeostase é a capacidade do organismo de manter seu meio interno em equilíbrio, mesmo diante das mudanças constantes do ambiente externo. Esse equilíbrio envolve tanto condições físicas quanto químicas, como a regulação da temperatura corporal. Quando ocorre um desequilíbrio no meio interno, a homeostase é alterada, o que pode levar ao desenvolvimento de doenças e, em casos extremos, à falência de sistemas do organismo. O corpo humano tem mecanismos para resistir às variações do ambiente, mas nem sempre consegue se adaptar a todas as mudanças. Entre os muitos equilíbrios que o corpo busca manter, um dos mais importantes é o equilíbrio ácido-base.

A Química na homeostase

CHAMAIPORN NAPROM/SHUTTERSTOCK.COM

O equilíbrio ácido-base está diretamente relacionado ao pH do corpo humano, e o organismo é altamente sensível a qualquer alteração nesse parâmetro. O corpo possui mecanismos sofisticados para regular o pH, que atuam em um processo conhecido como homeostase ácido-base. A concentração de íons hidrogênio [H+] é um indicador crítico da saúde do organismo. Exames médicos específicos podem medir o pH do sangue, e qualquer desvio desse valor pode estar associado a condições como diabetes mellitus, enfisema pulmonar, entre outras doenças.

O exame de gasometria arterial é utilizado para medir três parâmetros sanguíneos: pH, pressão parcial de gás carbônico e concentração de ácido carbônico. Quando fora da normalidade, esses parâmetros ajudam no diagnóstico de distúrbios metabólicos e/ou respiratórios.

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STEVE GSCHMEISSNER/SCIENCE PHOTO LIBRARY/FOTOARENA

O pH do sangue humano

O sangue humano mantém uma faixa ideal de pH entre 7,35 e 7,45, que é fundamental para o funcionamento adequado do metabolismo e para a estabilidade do organismo. Quando o pH do sangue está abaixo de 7,35, ocorre um distúrbio chamado de acidose, que pode ser resultado de um acúmulo excessivo de ácidos ou de uma perda significativa de bicarbonato. A acidose também pode ser causada por altos níveis de dióxido de carbono no sangue, geralmente em razão de problemas respiratórios. Quando o pH está acima de 7,45, ocorre um distúrbio chamado de alcalose. Essa condição pode ser causada por vômitos prolongados, desidratação, ingestão de substâncias alcalinas ou desequilíbrios respiratórios que levam à eliminação excessiva de dióxido de carbono.

UNIDADE

Células sanguíneas em condições adequadas de pH. As hemácias (glóbulos vermelhos ou eritrócitos) estão em vermelho; os leucócitos (glóbulos brancos), em azul; e a plaqueta, em amarelo (imagem de micrografia eletrônica de varredura (MEV), aumento aproximado de 4 000 vezes; colorida artificialmente).

ESPAÇOS DE APRENDiZAGEM

• No vídeo a seguir, você encontra informações sobre os efeitos da água alcalina no organismo. ÁGUA alcalina muda o pH do sangue? [S. l.: s. n.], 2024. 1 vídeo (5 min). Publicado pelo canal RenalClinic: Dr.a Simone Oliveira. Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=4uynUMMuz38. Acesso em: 20 out. 2024.

A matemática do pH: a função logarítmica

Agora, faça o que se pede em cada item.

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1. Você leu no texto que o pH adequado para o sangue humano está entre 7,35 e 7,45. Assim, o pH do

sangue humano é ácido ou básico? Calcule a faixa da concentração de íons hidrogeniônicos considerada normal para o sangue humano.

D THINGS/SHUTTERSTOCK.COM

A Matemática desempenha um papel fundamental na Química, especialmente no cálculo do pH, que se baseia na função logarítmica. Essa função é essencial para trabalhar com grandezas que variam em ampla escala, pois facilita operações matemáticas complexas, como transformar multiplicações em adições, tornando os cálculos mais simples e eficientes.

2. A alcalose e a acidose respiratória estão diretamente relacionadas com a concentração de dióxido

de carbono no sangue. Faça uma pesquisa sobre o tema e indique como o dióxido de carbono pode provocar a acidez ou a alcalinidade do sangue. Em seguida, escreva a reação química que representa essas situações.

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UNIDADE

QUÍMICA ORGÂNICA Da criação de materiais, como plásticos biodegradáveis e medicamentos inovadores, ao entendimento de fenômenos naturais e estruturas biológicas, a Química Orgânica desempenha um papel fundamental na Ciência e na tecnologia modernas. As formigas, por exemplo, conseguem sair e voltar para o formigueiro de maneira eficiente porque se guiam por substâncias orgânicas, chamadas feromônios, que ficam impregnadas no caminho. Na imagem, formigas-cortadeiras (Acromyrmex sp.), conhecidas também como quenquéns ou formigas-caiapó, carregam pedaços de folhas para o formigueiro, onde esse e outros materiais de origem vegetal, como flores e grãos, são utilizados como substrato para o cultivo de fungos, a principal fonte de alimento das formigas.

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NOWACZYK/SHUTTERSTOCK.COM

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• Você acha que a Química Orgânica se baseia em conceitos diferentes dos que você estudou até agora?

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25 TEMA

REfliTA

Introdução à Química Orgânica

Não escreva no livro.

1 Cite substâncias que

RHJPHTOTOS/SHUTTERSTOCK.COM

você conhece que contêm carbono.

Respostas e comentários deste Tema estão disponíveis nas Orientações para o professor.

A Química Orgânica é a área da Química que estuda as substâncias constituídas por átomos de carbono, sendo elas produzidas por seres vivos ou não. Essa definição pode parecer restrita, mas a diversidade de substâncias formadas pela combinação de átomos de carbono é grande e inclui também átomos de outros elementos químicos, como hidrogênio, oxigênio, nitrogênio, enxofre e halogênios. Para compreender melhor essas substâncias, o estudo deste Tema tratará da origem da Química Orgânica, das características do átomo de carbono e das diferentes formas de representação das cadeias carbônicas.

O início da Química Orgânica Desde a Antiguidade, o ser humano usa materiais que hoje são estudados pela Química Orgânica, como corantes, óleos, ceras e perfumes. Uma das primeiras substâncias orgânicas purificadas foi o etanol (álcool etílico), que era destilado e desidratado por alquimistas.

Por causa de dificuldades experimentais e da relativa facilidade com que as substâncias orgânicas se degradam, entre outros fatores, o estudo a respeito dessas substâncias era complexo e difícil. Aos poucos, no entanto, uma quantidade crescente de substâncias orgânicas foi isolada e estudada, até que, no século XVIII, essa quantidade se tornou significativa. Nesse período, as substâncias eram classificadas em orgânicas (de origem vegetal e animal) ou inorgânicas (de origem mineral). A falta de resultado nas tentativas de síntese de substâncias orgânicas, usando substâncias inorgânicas como reagentes, levou ao conceito de que os seres vivos teriam algo que não existia nos minerais: uma força vital, explicada pela teoria da força vital. Da esquerda para a direita, estão apresentados um minério de grafite, um minério de diamante e um diamante lapidado, todos formados unicamente por átomos de carbono.

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UNIDADE

Um dos principais responsáveis pela divulgação desse conceito, em 1807, foi o químico sueco Berzelius. Segundo ele, as substâncias orgânicas não poderiam ser sintetizadas em laboratório por serem regidas por leis diferentes das que regiam as substâncias inorgânicas. Costuma-se atribuir a um discípulo de Berzelius, o químico alemão Friedrich Wöhler (1800-1882), um papel decisivo na refutação dessa teoria ao ter conseguido sintetizar a ureia a partir de cianato de Selo postal impresso na Alemanha, em 1982, para homenagem Wöhler, com a representação de uma amônio. Assim, em 1828, a ureia se tornou a primolécula de ureia (imagem sem escala, cores fantasia). meira substância orgânica obtida a partir de uma substância inorgânica. No entanto, ao fazer essa associação, fica subentendida a ideia de que os cientistas dessa época não tinham dúvidas quanto à classificação do cianato de amônio como uma substância inorgânica e que os conceitos de substâncias químicas orgânicas e inorgânicas eram claros e amplamente aceitos. A teoria da força vital não era uma doutrina interpretada por todos da mesma maneira, ou seja, havia várias acepções a respeito da força vital. A seguir, o trecho do texto aborda o episódio da síntese da ureia e as interpretações relacionadas à teoria da força vital.

ZABANSKI/SHUTTERSTOCK.COM

[…] Apenas para citar algumas concepções, uma delas sugeria que os seres vivos poderiam produzir compostos orgânicos, devido a seu alto grau de instabilidade e da complexidade de sua composição. Outra considerava que as transformações orgânicas eram governadas por forças diferentes das que governavam as transformações inorgânicas. Uma terceira sugeria que a afinidade química era responsável pelas transformações inorgânicas e a força vital era responsável pelas transformações orgânicas. […] Considerando a variedade e abrangência dessa doutrina, um único experimento não seria suficiente para levar a seu abandono – mesmo porque, muitos de seus desdobramentos não tinham qualquer relação com a síntese feita por Wöhler. O próprio Jöns Jacob Berzelius, por exemplo, escreveu na primeira seção do seu Lehrbuch der Chemie, já em 1847, que na natureza viva os elementos parecem obedecer a leis diferentes dos materiais inorgânicos – evidenciando que nem mesmo entre os químicos a síntese da ureia abalou, ou muito menos derrubou, o vitalismo. […] As historiadoras da ciência B. Bensaude-Vincent e I. Stengers declaram, em livro de divulgação, que muitos pesquisadores da época consideravam relevante que o cianato de amônio não era preparado a partir de substâncias elementares, mas por oxidação de um cianeto proveniente de cascos e chifres de animais; logo, a origem inorgânica do reagente poderia ser posta em questão. O pesquisador J. H. Brooke sugeriu que o próprio conceito de composto orgânico era problemático, não existindo uma linha bem definida para separar todos os compostos químicos em dois grupos distintos. […] VIDAL, Paulo Henrique; PORTO, Paulo Alves. Algumas contribuições do episódio histórico da síntese artificial da ureia para o ensino de química. História da ciência e ensino: construindo interfaces, São Paulo, v. 4, p. 13-23, 2011. p. 16-17. Disponível em: https://revistas.pucsp.br/ index.php/hcensino/article/view/6013/5766. Acesso em: 4 out. 2024.

A Ciência se desenvolve de maneira lenta e gradual, e as mudanças resultam de um trabalho coletivo, e não de um trabalho individual produzido por um único cientista. Com o tempo, outras sínteses de moléculas orgânicas ocorreram, demonstrando que não havia distinção entre as substâncias orgânicas e as inorgânicas, a não ser na composição de cada uma delas.

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Em 1858, o químico alemão Friedrich August Kekulé definiu a Química Orgânica como a química das substâncias de carbono. Segundo o próprio relato, durante um cochilo, ele teve um sonho com átomos que saltavam à sua frente. Átomos menores se uniam em pares, e átomos maiores abraçavam esses átomos menores, unindo-se a outros e formando conjuntos que rodopiavam diante dele. Depois disso, Kekulé debruçou-se sobre o assunto e chegou à proposição de que os átomos de carbono se ligariam por meio de cadeias. Além disso, considerou que poderia haver mais de um tipo de ligação entre átomos de carbono e outros elementos, como o oxigênio, fato confirmado posteriormente.

Propriedades do átomo de carbono Não escreva no livro.

AlGO A

O urucum Entre as muitas características culturais das etnias indígenas brasileiras, a pintura corporal é uma das mais marcantes. Um dos pigmentos mais comuns, de cor vermelha intensa, é obtido da semente do urucum, planta muito encontrada no Brasil. A principal substância responsável pela cor da semente é chamada bixina, um pigmento natural cuja molécula contém 25 átomos de carbono, 30 átomos de hidrogênio e quatro átomos de oxigênio em sua estrutura.

ALF RIBEIRO/FOTOARENA

O átomo de carbono é relativamente pequeno e tem seis prótons, seis nêutrons e seis elétrons. Seus seis elétrons estão distribuídos em dois níveis 2 Outros elementos de energia: dois elétrons na camada K e quatro elétrons na camada L. Essa podem se comporconfiguração possibilita que os átomos de carbono formem quatro ligações tar como o carbono, covalentes e, dessa maneira, completem a camada L até o total de oito eléformando cadeias? trons, ficando com configuração eletrônica similar ao neônio. Uma característica importante do átomo de carbono é a possibilidade de se ligar a outros átomos do mesmo elemento, formando cadeias que podem variar de dois a milhares de átomos, e a átomos de outros elementos, como o hidrogênio, o oxigênio e o nitrogênio. Um átomo de carbono também pode formar cadeias fechadas e estabelecer duas ou três ligações com outro átomo de carbono, aumentando a diversidade das substâncias orgânicas. Diante de todas as possibilidades de ligação do átomo de carbono, são conhecidas mais de 10 milhões substâncias orgânicas diferentes, de origem animal, vegetal, mineral ou sintética. REfliTA

Indígena com pintura corporal vermelha, feita com urucum, durante a cerimônia de abertura da 5a edição dos Jogos Indígenas da Aldeia Ekeruá, em Avaí (SP), 2022.

ESPAÇOS DE APRENDiZAGEM

• Esta reportagem apresenta os Jogos Indígenas, um tradicional evento esportivo do município de Avaí (SP) que reúne seis aldeias e mais de 200 indígenas em competições com arco e flecha, zarabatana e corrida com tora. REUNINDO seis aldeias, 5a edição dos Jogos Indígenas tem início em Avaí. [S. l.]: Globoplay, 2022. 1 vídeo (2 min). Publicado pelo canal TEM Notícias 2a Edição: Bauru/Marília. Disponível em: https://globoplay.globo.com/v/11131665/. Acesso em: 21 out. 2024.

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As características do átomo de carbono foram apresentadas, de maneira sistemática e independente, por três químicos contemporâneos: o alemão Kekulé, o russo Aleksandr Mikhaylovich Butlerov (1828-1886) e o escocês Archibald Scott Couper (1831-1892). Butlerov foi um químico russo que se interessou desde o início de seus estudos pela Química Orgânica, buscando a síntese de diferentes substâncias. Em uma viagem pela Europa, trabalhou com outros pesquisadores e, motivado a compreender a estrutura das moléculas, voltou à Rússia para continuar sua pesquisa. Butlerov foi um dos primeiros a utilizar o termo estrutura química com o atual sentido empregado. O escocês Couper inicialmente estudou Filosofia e idiomas. Depois de se tornar químico, foi o primeiro a representar as ligações entre átomos com linhas desenhadas entre símbolos, linguagem utilizada até hoje. Couper descreveu como os átomos de carbono se ligariam em um artigo científico e o confiou a um colega para apresentá-lo à Academia Francesa de Ciências. No entanto, por causa de um adiamento na apresentação, o artigo só foi lido depois da publicação de um artigo de Kekulé com ideias similares. Resumidamente, as ideias desses químicos podem ser expressas pelos seguintes princípios.

• O carbono é tetravalente, ou seja, faz quatro ligações químicas com outros átomos.

=C=

-C9

4 ligações simples

2 ligações duplas

2 ligações simples 1 ligação dupla

1 ligação simples 1 ligação tripla

• As ligações do átomo de carbono são equivalentes e não se distinguem umas das outras, a não ser pelo fato de poderem ser duplas ou triplas.

SONIA VAZ

UNIDADE

• Os átomos de carbono podem fazer ligações entre si, formando cadeias que podem ser longas e ramificadas e podem incluir átomos de outros elementos químicos.

Representação das cadeias carbônicas

D H3C

ORACICART

H3C

ORACICART

H3C k C k H

TARUMÃ

ALEX SILVA

CH3CH2OH

EDITORIA DE ARTE

A diversidade de substâncias cujas espécies químicas são formadas por átomos de carbono exigiu novas formas de representá-las. A fórmula molecular usada para representar as substâncias inorgânicas, que não necessita de muitas informações, não é suficiente para representar as substâncias orgânicas. As seis maneiras mais comuns de representar moléculas orgânicas são exemplificadas a seguir por meio do etanol (C2H5OH).

Representações de moléculas orgânicas (imagem sem escala; cores fantasia).

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A figura A é uma forma expandida da fórmula química que representa a molécula carbono a carbono, incluindo elementos diferentes, de forma linear, sem incluir as ligações químicas. A figura B representa a estrutura da molécula de modo plano, incluindo seus átomos e todas as ligações, mas sem indicar como estão organizados no espaço. A figura C omite os átomos de carbono e de hidrogênio da cadeia carbônica, que são representados pelos vértices das linhas. Entretanto, os átomos presentes nas extremidades da molécula, tanto os de carbono quanto os de outros elementos, ficam evidentes. Esse mesmo princípio é utilizado na figura D, em que são omitidos também os carbonos nas extremidades da molécula. Nas figuras E e F, os átomos de carbono (preto), hidrogênio (branco) e oxigênio (vermelho) são representados por esferas. Na figura E, há interseção entre as esferas, representando a sobreposição das eletrosferas dos átomos nas ligações químicas. A figura F mostra bastões para representar as ligações químicas. Para entender melhor a vasta diversidade de substâncias orgânicas, as figuras a seguir representam algumas das diferentes possibilidades de substâncias com a fórmula molecular C5H10O.

EDITORIA DE ARTE

Estruturas possíveis de moléculas com fórmula molecular C 5H10O

OH Ol

O O

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HO O

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EDITORIA DE ARTE

UNIDADE

OH O

Outra importante representação visual, denominada representação em cunha, é responsável por indicar se a ligação está à frente do plano ou atrás dele. Como exemplo, apresenta-se a estrutura do metano, em que o carbono 1 e os hidrogênios 2 e 3 estão no mesmo plano do papel, o hidrogênio 4 está projetado para frente, no sentido do leitor, e o hidrogênio 5 está projetado atrás do plano do papel.

AT¡v¡DaDeS

2H 3H

ORACICART

Não escreva no livro.

1. Faça uma pesquisa, em livros e na internet, sobre a composição química do corpo humano. Responda no caderno: quais são os elementos químicos presentes no corpo humano? do desenvolvimento da Química Orgânica.

3. O que representa uma linha como esta?

EDITORIA DE ARTE

2. Pesquise, em livros, revistas e na internet, a biografia de cientistas que contribuíram para o princípio

4. Analise as estruturas da fórmula C5H10O apresentadas anteriormente e tente propor critérios que possam ser utilizados para diferenciar grupos de substâncias cujas moléculas estão representadas.

5. Observe os nomes de algumas substâncias orgânicas e suas respectivas fórmulas moleculares: ácido acético (CH3COOH), acetona (C3H6O), glicose (C6H12O6) e benzeno (C6H6). Quais são as informações sobre a molécula que podem ser obtidas com base na fórmula molecular? Esse tipo de representação é suficiente para conhecer a molécula?

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26 TEMA

Os hidrocarbonetos Respostas e comentários deste Tema estão disponíveis nas Orientações para o professor.

Plataforma de petróleo. Baía de Guanabara (RJ), 2018.

ALEXANDRE MALTA/SHUTTERSTOCK.COM

O petróleo é conhecido desde a Antiguidade por suas propriedades como combustível e por sua hidrofobicidade, ou seja, sua capacidade de repelir a água, de não se misturar a ela. A teoria mais aceita para a origem do petróleo é a de que ele se formou há milhões de anos pela decomposição de matéria orgânica por bactérias anaeróbicas. Essa matéria orgânica foi sedimentada, e a alta pressão e a temperatura elevada exercidas sobre ela provocaram uma série de reações químicas que levaram à formação desse composto. Além do uso como combustível, o petróleo é a matéria-prima de inúmeros produtos, sendo considerado um material bastante importante e de muito valor na sociedade atual. O petróleo é constituído de uma mistura de hidrocarbonetos – compostos orgânicos formados apenas por carbono e hidrogênio – e de outras substâncias, como enxofre. Apesar de os hidrocarbonetos serem formados apenas por dois elementos químicos, podem apresentar ligações simples, duplas ou triplas, além de cadeias abertas e fechadas, normais ou ramificadas. Dessa forma, os hidrocarbonetos são classificados em: alcanos; alcenos; alcinos; alcadienos; cicloalcanos; cicloalcenos; aromáticos. Neste Tema, esses tipos de hidrocarboneto serão abordados.

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Alcanos

Não escreva

A fórmula estrutural indica o arranjo H k C k H dos átomos, mas não a geometria H molecular.

AJT/SHUTTERSTOCK.COM

Hidrogênios

k k

VANESSA NOVAIS

REfliTA Os alcanos, também chamados de parafinas, são hidrocarbonetos de no livro. cadeia aberta formados apenas por ligações simples. 1 Você conhece alO alcano mais simples é o metano, substância gasosa à temperatura de guma substância 25 °C e à pressão atmosférica, cujas moléculas são formadas por um átomo usada no cotidiano que só contenha de carbono ao qual estão ligados quatro átomos de hidrogênio. Sua fórmula átomos de carbono molecular é CH4. e de hidrogênio? No Tema anterior, foram apresentadas algumas maneiras de representar moléculas orgânicas. Acompanhe três delas para a molécula de metano.

UNIDADE

2H 3H

No modelo tridimensional, os átomos são representados por esferas, geralmente com cores específicas para cada elemento (imagem sem escala; cores fantasia).

SURAWUTOB/SHUTTERSTOCK.COM

A representação em cunha evidencia a disposição espacial dos átomos.

ORACICART

Carbono

HkCkCkCkCkCkC kH H

Hexano (C6H14)

VANESSA NOVAIS

Etano (C2H6)

Pentano (C5H12)

Heptano (C 7H16)

ORACICART

O metano é uma substância natural, produzida pela decomposição de matéria orgânica em depósitos de resíduos sólidos ou em pântanos, podendo ser liberada também em erupções vulcânicas, no processo de extração de petróleo e carvão e no processo de digestão dos animais herbívoros. Ele pode ser utilizado como combustível, sendo o principal constituinte do gás natural veicular (GNV). Outros exemplos de alcanos são apresentados a seguir.

A parafina da vela é composta de vários alcanos.

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Analisando as representações anteriores, é possível perceber que a quantidade total de átomos de hidrogênio é o dobro da quantidade de carbono, mais dois átomos de hidrogênio adicionados às extremidades da cadeia. Dessa forma, essa relação proporcional entre átomos de carbono e de hidrogênio permite estabelecer uma fórmula geral para os alcanos, representada a seguir.

CnH2n + 2

ALEXANDER CZARNOBAJ/ SHUTTERSTOCK.COM

Nessa fórmula, n representa o número de átomos de carbono presentes na molécula. As representações anteriores são exemplos de alcanos cujas cadeias carbônicas são normais ou lineares e abertas ou acíclicas (não formam ciclos), sendo possível identificar duas extremidades livres. Esses alcanos são também chamados de alifáticos. Há compostos cujas cadeias carbônicas apresentam ramificações, ou seja, mais de duas extremidades livres com átomos de carbono. Acompanhe os exemplos de uma cadeia linear e duas cadeias ramificadas.

Pentano C5H12

2-metilbutano C5H12

2,2-dimetilpropano C5H12

Representações de moléculas orgânicas segundo o modelo de esferas e varetas, com suas respectivas fórmulas estruturais. No modelo, as esferas pretas representam o carbono, e as brancas, o hidrogênio (imagem sem escala; cores fantasia).

Na representação da molécula do pentano, há apenas duas extremidades livres, caracterizando a cadeia como normal. Porém, analisando as representações das moléculas de 2-metilbutano e 2,2-dimetilpropano, é possível perceber que há mais de duas extremidades livres. Note que a presença de ramificações na cadeia não altera a fórmula geral dos alcanos.

Propriedades físico-químicas dos alcanos Os alcanos são compostos de baixa densidade (entre 0,55 g/cm3 e 0,8 g/cm3) e insolúveis em água. A maioria encontra-se no estado gasoso à pressão de 1 atm e à temperatura de 25 °C. Em geral, suas temperaturas de fusão e de ebulição aumentam progressivamente com o aumento do tamanho da cadeia carbônica, por causa da intensificação gradual das interações intermoleculares do tipo dipolo instantâneo-dipolo induzido. Temperaturas de ebulição de alguns alcanos Alcano Metano Etano Propano Butano Pentano Hexano

Fórmula CH4 CH3CH3 CH3CH2CH3 CH3CH2CH2CH3 CH3CH2CH2CH2CH3 CH3CH2CH2CH2CH2CH3

Massa molar 16 g/mol 30 g/mol 44 g/mol 58 g/mol 72 g/mol 86 g/mol

Temperatura de ebulição _161,5 °C _88,6 °C _42,1 °C _0,5 °C 36,1 °C 68,7 °C

Fonte: LIDE, David R. (ed.). Physical constants of organic compounds. In: LIDE, David R. (ed.). CRC Handbook of chemistry and physics. 89th ed. Boca Raton: CRC Press, 2009. p. 3-72, 3-232, 3-282, 3-326, 3-414, 3-440. E-book. Tradução nossa.

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Para que aconteça mudança de estado físico, é necessário que as interações intermoleculares sejam rompidas com o fornecimento de energia na forma de calor. Conforme o tamanho da cadeia carbônica aumenta, a superfície de contato entre as moléculas também aumenta, possibilitando interações intermoleculares mais intensas. Ou seja, quanto maior for a cadeia (e consequentemente a massa molar), mais energia será necessário fornecer para que essas interações sejam rompidas.

UNIDADE

Nomenclatura dos alcanos Atualmente, é empregado um conjunto de regras definidas pela IUPAC para identificar as substâncias orgânicas. Por meio dessas regras, forma-se a nomenclatura sistemática das substâncias, apesar de existirem outras nomenclaturas comuns presentes na linguagem científica e aceitas pela IUPAC. De acordo com as regras estabelecidas pela IUPAC, a nomenclatura das substâncias orgânicas é constituída de três partes. Prefixo + infixo + sufixo O prefixo indica o número de átomos de carbono presentes na molécula, conforme indicado a seguir. Átomos de C

Prefixo

Átomos de C

Prefixo

Átomos de C

Prefixo

met-

oct-

pentadec-

et-

non-

hexadec-

prop-

dec-

heptadec-

but-

undec-

octadec-

pent-

dodec-

nonadec-

hex-

tridec-

eicos-

hept-

tetradec-

henicos-

O infixo indica o tipo de ligação presente entre os átomos de carbono, conforme indicado a seguir. Tipo de ligação química

Infixo

Apenas ligações simples

-an-

Uma ligação dupla

-en-

Uma ligação tripla

-in-

Uma ligação dupla e uma ligação tripla

-enin-

Duas ligações duplas

-dien-

Duas ligações triplas

-diin-

E o sufixo indica a função orgânica à qual pertence a substância. Para o caso dos hidrocarbonetos, o sufixo é sempre o mesmo: -o.

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Com base nessas premissas, o primeiro passo para saber a nomen4 clatura de um alcano é determinar sua cadeia carbônica principal, que é 2 a maior sequência possível de átomos de carbono. No caso de alcanos 1 3 ramificados, as ramificações não fazem parte da cadeia principal e 2-metilbutano devem ser identificadas na nomenclatura da substância em relação à quantidade e à posição na molécula. 2 Para identificar a posição das ramificações, os carbonos da cadeia principal são numerados de modo que se obtenha os menores números 1 3 inteiros para as ramificações. 2,2-dimetilpropano Note que, no 2-metilbutano, a cadeia carbônica principal foi numerada da esquerda para a direita, e a ramificação encontra-se no carbono 2. Caso a numeração fosse feita no sentido oposto, a ramificação estaria no carbono 3, o que não é correto de acordo com a IUPAC. Para o 2,2-dimetilpropano, há duas ramificações no carbono 2. Nesse caso, não faz diferença numerar a cadeia carbônica principal começando da esquerda ou da direita. As ramificações – também chamadas de grupos substituintes, pois substituem um átomo de hidrogênio da cadeia principal – recebem nomes específicos relacionados ao número de átomos de carbono, conforme representado a seguir. Nomenclatura de ramificações mais comuns Fórmula estrutural

CH3

CH3 Metil CH2

CH3 CH2 CH3 CHCH 3 CH3 CHCH 2 2 CH3 CH2 CH CH CH3 3CH 3 CH3 CH2 CH2 CH2 CH3 CH2CH CH2 3 CH3 CH CH CH CH CH3 CH3 CH33 2 CH 2 CH3 CH2 CH2 CH2 CH3 CH C CH33 CHCH CH CHCH 2 3 CH CH3 CH 3 CH3 C 3 2 CH3 CH2 CH CH2 2 CH3CH3 CH3 CH3 CH CH 2 CH3 C

CH CH CH3 3 Etil CH2 2

CH3 CH3 CH CH3

CH3

CH3 CH3

CH3 CH 3 C

CH CH33 CH3

CH3

CH2 CHCH3 CH

CH3 CH2 CH3 CH CH2 CH CH CH2 3 2 CH 3 CH3 CH3

CH3

CH2 CH CH2 CH CH CCH2 3 3

CH3 CH CHCH 3 3 2CH 4 CH3 C CH3 CH3 CH CH3 CH CH2 3

CH3

CH CH3 3

CH3

Nome da ramificação

CH3 CH3 CH3

CH2

ORACICART

Quantidade de átomos de carbono

Propil

CH CH CH CH CH CH22 CH323 CH2 22 CH CH CH CH3 CH23Isopropil CH22 CH2

CH CH CH CH3 3 Butil CH 2 CH 2 CH3 CH2 CH22 CH2 CH3 CH CH2

CH3

CH2

CH3

CH2

CH3 CH2 CH3 CH2 CH3

CH2

CH3

CH2

Sec-butil

CH CH3 CH 3 CH2 CH3 CH2 CH CH3

CH3

CH CH2 Terc-butil CH3

CH2

Isobutil

CH3

CH3 H3C 1

CH 2

CH3 CH2 3

CH2 4

CH3 5

H3 C 1

CH2 2

CH 3

CH2 4

CH3 5

ORACICART

Para identificar a quantidade de ramificações iguais na molécula de uma substância, são utilizados os prefixos di-, tri-, tetra- etc. Dessa forma, analise as substâncias representadas pelas seguintes fórmulas estruturais.

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CH3 H3 C

CH3 CH2

CH2

2-metilpentano

CH3

H3C

CH2

3-metilpentano

CH3

ORACICART

As cadeias carbônicas principais estão devidamente identificadas e numeradas, sendo formadas por cinco átomos de carbono. Ambas as estruturas apresentam ramificação, uma no carbono 2, e a outra, no carbono 3. Por fim, são dois hidrocarbonetos que apresentam apenas ligações simples entre os átomos de carbono. Com base nesses dados, confira as nomenclaturas indicadas a seguir.

Note que no 2-metilpentano, caso a numeração da cadeia principal começasse pela direita, a ramificação estaria localizada no carbono 4, o que seria incorreto segundo a IUPAC. No caso do 3-metilpentano, não faria diferença começar a numeração pela esquerda ou pela direita. AlGO A

Nomenclatura preferencial Além das regras que detalham os procedimentos para a determinação dos nomes de qualquer molécula, existem nomenclaturas específicas para algumas delas, que também são determinadas pela IUPAC. O nome preferencial é aquele escolhido entre as diferentes denominações corretas, que deve ser utilizado especialmente em documentos oficiais, como leis e patentes, de modo a uniformizar a nomenclatura de termos e facilitar seu entendimento às pessoas que não são do meio científico.

Alcenos

ESPAÇOS DE APRENDiZAGEM

• Este texto aborda o uso de uma usina de biodigestores em um restaurante na ilha do Combu, em Belém (PA). No processo da biodigestão, ocorre a produção de biogás, que contém gás metano (CH4), um tipo de alcano.

UNIDADE

D’ALMEIDA, Denilson. Economia verde: restos de alimentos viram biogás em restaurante da ilha do Combu, polo do turismo gastronômico em Belém. G1, Belém, 5 jun. 2024. Disponível em: https:// g1.globo.com/pa/para/ noticia/2024/06/05/ economia-verde-restosde-alimentos-viram -biogas-em-restauranteda-ilha-do-combu-polodo-turismo-gastrono mico-em-belem.ghtml. Acesso em: 8 out. 2024.

ClC

H H

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JEFFREYRASMUSSEN/SHUTTERSTOCK.COM

Os alcenos são hidrocarbonetos que diferem dos alcanos pela presença Não de uma ligação dupla na estrutura da molécula. A presença de uma ligação escreva REfliTA no livro. dupla é chamada de insaturação. Portanto, os alcenos são substâncias insaturadas. São também chamados de olefinas, nome derivado do latim oleum 2 Por que é comum embrulhar frutas facere, que significa “fazer ou produzir óleos”. ainda verdes em O alceno mais simples é o eteno, ou etileno, substância formada por jornais ou outros moléculas que apresentam dois átomos de carbono ligados entre si, cada um papéis? ligado a dois átomos de hidrogênio. Sua fórmula molecular é C2H4. Acompanhe duas representações da molécula de eteno.

Representações de uma molécula de eteno. No modelo de esferas e varetas, as esferas pretas representam o carbono, e as brancas, o hidrogênio (imagem sem escala; cores fantasia) (A). Fórmula estrutural da molécula (B).

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Para que se estabeleça uma ligação dupla entre os átomos de carbono, partindo de um alcano similar, são eliminados dois átomos de hidrogênio no alceno. A fórmula geral dos alcenos está representada a seguir.

YOHAKEN SURASAK/ SHUTTERSTOCK.COM

CnH2n (n > 2) Nessa fórmula, n indica também o número de átomos de carbono. O eteno (n = 2) tem aplicações variadas, entre as quais se destacam sua ação no amadurecimento de frutas (por ser produzido naturalmente em plantas, induz o amadurecimento de frutas) e seu uso na obtenção de etanol e na fabricação de polietileno, um plástico comum.

Pellets de polietileno são aquecidos e colocados em moldes para os mais variados usos na indústria de plásticos.

Propriedades físico-químicas dos alcenos É possível generalizar algumas propriedades físico-químicas dos alcanos para os alcenos. Por exemplo, as temperaturas de fusão e de ebulição também aumentam com o aumento da cadeia carbônica. Tanto os alcanos quanto os alcenos são substâncias apolares, o que os torna insolúveis em água, mas solúveis em solventes orgânicos apolares. No entanto, a presença da ligação dupla nos alcenos confere uma ligeira diferença de polaridade em comparação com os alcanos, especialmente em substâncias mais complexas, o que pode afetar minimamente a solubilidade e a reatividade. Em geral, as temperaturas de fusão e de ebulição dos alcenos são ligeiramente mais baixas do que as dos alcanos com massas moleculares semelhantes. Isso ocorre porque as interações intermoleculares nos alcenos tendem a ser um pouco mais fracas por causa da insaturação, que afeta negativamente a superfície de contato entre as moléculas. A principal diferença entre alcanos e alcenos é a reatividade. Os alcanos apresentam baixa reatividade e são suscetíveis principalmente a reações de combustão e substituição. Já os alcenos são mais reativos e participam de uma variedade de reações de adição (como hidrogenação, halogenação, hidratação), em que a insaturação é rompida para a adição de novos átomos por ligações simples.

Nomenclatura dos alcenos A nomenclatura dos alcenos, assim como a dos alcanos, é formada por um prefixo, que indica o número de átomos de carbono; por um infixo, que indica a presença de ligações duplas; e pelo sufixo -o, característico dos hidrocarbonetos. A diferença na nomenclatura deles é que, nos alcenos, a identificação da cadeia principal deve sempre considerar a presença da insaturação na molécula, e a numeração deve iniciar pelo lado mais próximo da ligação dupla. Acompanhe, a seguir, quatro estruturas de moléculas de alcenos com três e com quatro átomos de carbono. 3

1 2

C 4

3 2

2 2

3 4

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Como nomear esses alcenos com base nas regras de nomenclatura estabelecidas? A figura A representa uma molécula com três átomos de carbono, portanto o prefixo utilizado será prop-. A presença de uma ligação dupla indica que o infixo será -en-. Por ser um hidrocarboneto, o sufixo será -o. Logo, o nome do composto será propeno. Na figura B, a numeração da cadeia carbônica inicia-se da direita para a esquerda. Nesse caso, a posição da ligação dupla deve ser indicada no nome da substância. Portanto, seguindo as regras de nomenclatura, o nome será but-1-eno. As figuras C e D são representações diferentes do but-2-eno. No entanto, são substâncias distintas, por isso é necessário indicar essa diferença nos nomes. Enquanto na figura C os carbonos 1 e 4 encontram-se do mesmo lado da ligação dupla, na figura D, eles estão localizados em lados opostos. Nesses casos, usam-se os prefixos cis- e trans- para diferenciá-las (no Tema sobre isomeria, essa nomenclatura será retomada). Portanto, a nomenclatura delas será cis-but-2-eno e trans-but-2-eno.

Alcinos

VANESSA NOVAIS

A HkCmCkH

ARNO JENKINS/SHUTTERSTOCK.COM

Os alcinos são hidrocarbonetos insaturados alifáticos (de cadeia linear e aberta) que apresentam uma ligação tripla. O alcino mais simples é o etino, ou acetileno, substância formada por moléculas que contêm dois átomos de carbono, cada um ligado a um átomo de hidrogênio. Sua fórmula molecular é C2H2. B

UNIDADE

Não escreva no livro.

REfliTA

3 Você sabe como

funciona uma solda a gás?

Representações da molécula de etino. Fórmula estrutural da molécula (A). Representação segundo o modelo de esferas e varetas, na qual as esferas pretas representam o carbono, e as brancas, o hidrogênio (imagem sem escala; cores fantasia) (B).

Nos alcinos, para formar a ligação tripla entre os átomos de carbono, é necessário eliminar quatro átomos de hidrogênio do alcano equivalente, resultando na seguinte fórmula geral. Nessa fórmula, n indica também o número de átomos de carbono. O etino (n = 2) é amplamente utilizado em soldas para corte de metais em razão da alta temperatura de sua chama, que pode chegar a 3 000 °C. Na indústria, é usado como matéria-prima na produção de diversas substâncias orgânicas por causa de sua grande reatividade.

CnH2n _ 2 (n > 2)

A IN

H /S

O ST

N JA

O etino (acetileno) é usado em soldas a gás misturado ao gás oxigênio. Por esse motivo, elas são conhecidas como soldas de oxiacetileno.

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Propriedades físico-químicas dos alcinos Semelhante aos alcanos e aos alcenos, os alcinos são substâncias apolares, o que as torna insolúveis em água, mas solúveis em solventes orgânicos apolares. No entanto, a ligação tripla nos alcinos confere a eles uma distribuição de carga eletrônica mais densa ao longo da molécula, o que pode aumentar ligeiramente sua polaridade em relação aos alcanos e aos alcenos. Ainda assim, essa polaridade é geralmente fraca e não afeta de maneira significativa a solubilidade. Em comparação aos alcanos e aos alcenos de massa molecular semelhante, os alcinos tendem a ter temperaturas de fusão e de ebulição mais elevadas. Isso ocorre porque a ligação tripla resulta em uma molécula mais linear e rígida, o que possibilita uma melhor aproximação das moléculas e, portanto, maiores interações intermoleculares. Ainda assim, os alcinos leves (como o etino) continuam sendo gases em condições ambientes, tal como os alcanos e os alcenos de cadeia carbônica pequena. Temperaturas de fusão e de ebulição de alguns alcenos e alcinos Nome

Fórmula molecular

Temperatura de fusão

Temperatura de ebulição

Eteno

C2H4

_169,2 °C

_103,8 °C

Etino

C2H2

_81,5 °C

_84,7 °C

Propeno

C3H6

_185,3 °C

_47,6 °C

Propino

C3H4

_103,0 °C

_23,2 °C

Fonte: HAYNES, William M. (ed.). Physical constants of organic compounds. In: HAYNES, William M. (ed.). CRC Handbook of chemistry and physics. 95th ed. Boca Raton: CRC Press, 2014. p. 3-6, 3-256, 3-466, 3-470. E-book. Tradução nossa.

Os alcinos são ainda mais reativos do que os alcenos por causa da ligação tripla, permitindo que os alcinos participem de diversas reações de adição (como halogenação, hidrogenação e hidratação), em que a tripla ligação pode ser convertida em ligações duplas ou simples. Além disso, o átomo de hidrogênio ligado ao carbono terminal da ligação tripla nos alcinos terminais é mais ácido do que nos alcanos e nos alcenos, o que possibilita a formação de acetiletos em reações ácido-base.

Nomenclatura dos alcinos

B 1

2 3

EDITORIA DE ARTE

A nomenclatura dos alcinos segue as mesmas regras apresentadas para os alcanos e para os alcenos, com a diferença no infixo -in-. Acompanhe a nomenclatura de quatro alcinos cujas fórmulas estruturais são apresentadas a seguir.

A figura A representa uma molécula formada por três átomos de carbono, portanto o prefixo será prop-. Como só existe uma possibilidade para a ligação tripla, não é necessário indicá-la no nome da substância. Dessa forma, a nomenclatura correta será propino.

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A figura B representa uma molécula formada por quatro átomos de carbono. Portanto, o prefixo será but-. Nesse caso, há mais de uma possibilidade de localização da ligação tripla, logo é necessário indicar sua posição. A numeração da cadeia carbônica deve iniciar pelo lado direito, mais próximo da insaturação. Portanto, a nomenclatura correta será but-1-ino. A figura C também representa uma molécula com quatro átomos de carbono. No entanto, nesse caso, a insaturação encontra-se no carbono 2; logo a nomenclatura correta será but-2-ino. Por fim, a figura D representa uma molécula ramificada. Nesse caso, a cadeia principal é aquela com a maior sequência de átomos de carbono que contém a insaturação. Para a nomenclatura da substância, é preciso indicar, além da posição da ligação tripla, a posição da ramificação. A numeração dos átomos de carbono deve iniciar mais próximo da insaturação, ou seja, da esquerda para a direita, fazendo com que a ramificação esteja localizada no carbono 3. A nomenclatura correta será, portanto, 3-metilbut-1-ino.

UNIDADE

Alcadienos Os alcadienos são hidrocarbonetos alifáticos e insaturados que apresentam duas ligações duplas. A fórmula geral dessas substâncias é a mesma dos alcinos.

CnH2n _ 2 (n > 3)

Não escreva no livro.

REfliTA

4 De onde vem a bor-

racha natural, usada na fabricação de diferentes materiais, como pneus, tubos, mangueiras, artigos farmacêuticos etc.?

Classificação dos alcadienos Alcadienos acumulados Nesse tipo de composto, as ligações duplas encontram-se acumuladas, ou seja, são sequenciais no mesmo átomo de carbono. Um exemplo é o propadieno (C3H4), usado como combustível para soldagens especializadas.

H H

Propadieno

H H

ORACICART

Os alcadienos são classificados com relação à posição das ligações duplas na molécula, podendo ser acumulados, conjugados ou isolados.

Alcadienos isolados Nesse tipo de substância, as ligações duplas estão separadas por pelo menos duas ligações simples. Um exemplo é o penta-1,4-dieno, substância usada em reações para obtenção de alcanos ramificados.

H2 C

CH2 Buta-1,3-dieno

H2 C

ORACICART

Nos alcadienos conjugados, as ligações duplas são intercaladas por uma ligação simples. Esse tipo de configuração confere grande estabilidade a essas substâncias. Um exemplo é o buta-1,3-dieno, substância presente no látex, extraído da seringueira e usado na fabricação da borracha natural.

ORACICART

Alcadienos conjugados

CH2 Penta-1,4-dieno

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ALF RIBEIRO/SHUTTERSTOCK.COM

Nomenclatura dos alcadienos

A H3 C 6

CH3

CH2 4

CH 3

C 2

CH2 1

O látex, extraído de seringueiras (Hevea brasiliensis), tem alcadienos em sua composição. Gália (SP), 2020. REfliTA

Não escreva no livro.

5 O que diferencia

uma molécula de cadeia aberta de uma molécula de cadeia fechada?

CH3

H2 C 1

C 2

C 3

CH3

ORACICART

As regras de nomenclatura dos alcadienos são as mesmas apresentadas até aqui, com a diferença de que o infixo deve indicar a presença de duas ligações duplas na estrutura da molécula -dien-.

Analisando as fórmulas estruturais das moléculas representadas, na figura A, a cadeia principal tem seis átomos de carbono e duas ramificações no carbono 5. Dessa forma, o nome dessa substância será 5,5-dimetil-hexadieno. Na molécula representada na figura B, a cadeia carbônica é formada por quatro átomos, e não existem ramificações. Nesse caso, o nome da substância será buta-1,2-dieno.

Hidrocarbonetos de cadeia fechada Até o momento, os hidrocarbonetos de cadeias abertas foram abordados. No entanto, há hidrocarbonetos cujas moléculas são formadas por cadeias de carbono fechadas, constituindo anéis ou ciclos. São os chamados cicloalcanos e os cicloalcenos.

Cicloalcanos e cicloalcenos Como o nome sugere, os cicloalcanos são hidrocarbonetos saturados, ou seja, formados apenas por ligações simples, cuja cadeia carbônica é fechada em um ciclo. A fórmula geral desse tipo de composto está representada a seguir. CnH2n (n > 3) Outro conjunto de hidrocarbonetos de cadeia fechada é o dos cicloalcenos, que se assemelham aos cicloalcanos com a diferença de que apresentam uma insaturação na estrutura da molécula. A fórmula geral dessas substâncias está representada a seguir. CnH2n _ 2 (n > 3)

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Nomenclatura dos cicloalcanos e dos cicloalcenos As regras de nomenclatura estabelecidas para os hidrocarbonetos alifáticos valem também para as substâncias de cadeia fechada. Como tanto os cicloalcanos como os cicloalcenos são moléculas cíclicas, faz-se necessário inserir o termo ciclo na frente de seus nomes. A seguir, acompanhe alguns exemplos dessa nomenclatura.

UNIDADE

Nomenclatura

Quantidade de carbonos

Cicloalcanos

Cicloalcenos

Ciclobutano

Ciclobuteno

Ciclopentano

Ciclopenteno

Ciclo-hexano

Ciclo-hexeno

H2C

CH2

4 carbonos

H2C

CH2

H2C

CH2

Ciclobutano

5 carbonos H2 C H2C

CH2

H2C

CH2

Ciclopentano

6 carbonos H2 C H2C CH2 H2C

C H2

EDITORIA DE ARTE

CH2

VANESSA NOVAIS

Para representar as moléculas cíclicas, pode-se utilizar figuras geométricas, como indicado a seguir. Note que a estrutura de cada molécula de cicloalcano representada a seguir é formada por um ciclo que varia em número de átomos de carbono.

CH2

Ciclo-hexano

H2C

CH2

Ciclobuteno

5 carbonos

H2C

6 carbonos H2 C HC CH2

H2C

H2 C

Ciclopenteno

C H2

CH2

MAREN WINTER/SHUTTERSTOCK.COM

4 carbonos

EDITORIA DE ARTE

VANESSA NOVAIS

A representação dos cicloalcenos também pode utilizar figuras geométricas, sendo que a posição da dupla ligação é indicada com um traço na parte de dentro da figura.

Ciclo-hexeno

O óleo essencial extraído do alecrim (Salvia rosmarinus) tem, em sua composição pineno, um cicloalceno.

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13/11/2024 13:48

REfliTA

Não escreva no livro.

6 Uma substância uti-

lizada no cotidiano pode ser tóxica?

Hidrocarbonetos aromáticos Os hidrocarbonetos aromáticos são substâncias de cadeia fechada que apresentam ligações duplas alternadas com ligações simples. O principal hidrocarboneto aromático é o benzeno.

Benzeno

ALOADIR

O benzeno, descoberto por Michael Faraday em 1825, teve um papel importante na história da Química e da indústria. Inicialmente, ele foi isolado como subproduto da produção de gás de iluminação, mas sua estrutura enigmática só foi elucidada em 1865 por Kekulé, que propôs a conhecida estrutura em anel. Durante o século XIX, o benzeno passou a ser amplamente utilizado em solventes industriais, em vernizes e em tintas. No entanto, o que outrora foi considerado inofensivo, mais tarde, revelou-se perigoso, quando se descobriu que o benzeno é altamente tóxico e carcinogênico, levando à sua restrição em muitos produtos. Curiosamente, apesar dos riscos, foi essencial no desenvolvimento de corantes sintéticos e medicamentos, sendo uma das substâncias mais estudadas na Química Orgânica. Com relação à sua estrutura, Kekulé sugeriu que a substância seria formada por um anel de seis átomos de carbono, no qual haveria ligações simples e duplas alternadas com um átomo de hidrogênio ligado a cada átomo de carbono. Dessa forma, duas estruturas seriam possíveis para o benzeno.

SONIA VAZ

No entanto, estudos posteriores revelaram que não havia ligações simples e duplas alternadas na estrutura do benzeno, pois todas as ligações entre os carbonos do composto seriam equivalentes, ou seja, teriam o mesmo comprimento, que seria um valor intermediário entre uma ligação simples e uma ligação dupla. Com base nesses resultados, foi proposto um novo modelo para a estrutura do benzeno, um híbrido das duas anteriores, indicando que os elétrons estariam deslocalizados. Esse fenômeno ficou conhecido como ressonância, e a estrutura do benzeno, portanto, seria formada pelo conjunto desses híbridos de ressonância. Assim, uma nova forma de representar a molécula do benzeno foi proposta, de modo a incorporar os híbridos de ressonância.

A circunferência interna indica a deslocalização dos elétrons por causa do fenômeno de ressonância. Vale ressaltar que nem todas as substâncias aromáticas apresentam a estrutura do benzeno na molécula, mas os derivados dele são os mais importantes em termos de aplicação na pesquisa e na indústria.

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12/11/2024 18:20

UNIDADE

AlGO A

Kekulé e a estrutura do benzeno Uma grande carga de trabalho na Universidade de Ghent, na Bélgica, onde Kekulé era professor, levou o cientista à exaustão, que, associada à morte de sua esposa, fez com que interrompesse suas pesquisas por dois anos. Quando retornou, dedicou-se à resolução do enigma da estrutura do benzeno e à elaboração de um livro de Química Orgânica. Certo dia, cochilou em frente à lareira e teve um sonho. Leia o trecho de um texto no qual esse sonho é descrito.

Estava sentado escrevendo meu manual, mas o trabalho não progredia; meus pensamentos estavam dispersos. Virei minha cadeira para a lareira e adormeci. Novamente os átomos saltavam à minha frente. Desta vez os grupos menores permaneciam modestamente no fundo. Meu olho mental, aguçado pelas repetidas visões do gênero, discernia estruturas mais amplas de conformação múltipla; longas fileiras às vezes mais estreitamente encaixadas, todas rodando e torcendo-se em movimentos de cobra. Mas veja só! O que é aquilo? Uma das cobras havia agarrado a própria cauda e a forma rodopiava de modo a debochar ante meus olhos. Como se à luz de um relâmpago, despertei; e desta vez, também passei o resto da noite tentando estender as consequências da hipótese [...]. CARAMORI, Giovanni Finoto; OLIVEIRA, Kleber Thiago de. Aromaticidade: evolução histórica do conceito e critérios quantitativos. Química Nova, [s. l.], v. 32, n. 7, p. 1871-1884, 2009. p. 1872-1873. Disponível em: https://www.scielo.br/j/qn/a/ Q5msxtL66xLr5jPN8Qjs53S/?format=pdf&lang=pt. Acesso em: 8 out. 2024.

Kekulé, então, propôs que as substâncias orgânicas poderiam também apresentar moléculas com cadeias fechadas ou anéis e sugeriu que o benzeno era uma estrutura de seis átomos de carbono ligados por ligações duplas e simples alternadas.

C C

ORACICART

GARY BROWN/SCIENCE PHOTO LIBRARY/FOTOARENA

Elaborada com base em: KEKULÉ, August. Lehrbuch der organischen chemie. Erlangen: Verlag von Ferdinand Enke, 1866. p. 496.

Caricatura de Kekulé feita com base no sonho narrado pelo cientista (A). Representação do anel benzênico como mostrado no livro didático de Kekulé, Lehrbuch der organischen chemie (“Livro escolar de química orgânica”, em tradução livre) (B) (imagens sem escala; cores fantasia). O texto “O intrigante do sonho de Kekulé: considerações sobre a história e a natureza da Ciência”, de Jane Raquel Silva de Oliveira, disponível em: http://projetoseeduc.cecierj.edu.br/eja/recurso-multimidia-professor/quimica/novaeja/m4u1/12_O%20Sonho%20de%20Kekule.pdf (acesso em: 28 set. 2024), contextualiza o que ficou conhecido como o sonho de Kekulé a respeito da estrutura do benzeno.

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Derivados do benzeno

CH3 1

6 5

CH3

1,2-dimetilbenzeno

CH3 3

CH3

1,3-dimetilbenzeno

2 3

EDITORIA DE ARTE

No caso da nomenclatura de derivados do benzeno, ou seja, de moléculas de benzeno que apresentam uma ramificação, basta nomear a ramificação e acrescentar o sufixo -benzeno. Assim, o metilbenzeno (conhecido como tolueno) apresenta uma ramificação metil ligada ao benzeno. Se houver mais de uma ramificação, a numeração da cadeia deve ser realizada de modo que as ramificações fiquem com os menores números possíveis. Duas ramificações metil, por exemplo, resultam em três possibilidades de posicionamento delas, e as estruturas resultantes são nomeadas como representado a seguir.

CH3 1,4-dimetilbenzeno

Moléculas de substâncias aromáticas com dois substituintes também podem ser nomeadas com base na nomenclatura orto, meta e para. Nela, o termo orto equivale à posição 1,2; o termo meta, à posição 1,3; e o termo para, à posição 1,4. Assim, as substâncias acima podem ser nomeadas o-dimetilbenzeno, m-dimetilbenzeno e p-dimetilbenzeno. Atualmente, a IUPAC não recomenda essas designações, mas seu uso não foi completamente abandonado ainda.

AT¡v¡DaDeS

Não escreva no livro.

1. Quais são as substâncias cujas moléculas estão representadas a seguir? a)

2. Nomeie, em seu caderno, os cicloalcanos representados a seguir. a)

3. Pesquise em sites confiáveis alguns alcanos e apresente o nome e a fórmula molecular deles. Indique as principais formas de utilização dessas substâncias.

4. Considere as seguintes substâncias: etano, eteno e etino. Indique as principais diferenças na estrutura molecular delas. Realize uma pesquisa e apresente quais são as principais características de cada uma delas.

5. Os alcinos são altamente inflamáveis, reativos e insolúveis em água. Com base na estrutura das moléculas que os constituem, apresente uma justificativa que explique essas características.

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12/11/2024 18:20

Grupos funcionais, funções nitrogenadas e haletos orgânicos Respostas e comentários deste Tema estão disponíveis nas Orientações para o professor.

O nitrogênio é um elemento químico fundamental e está presente, por exemplo, na composição dos seres vivos e na constituição de aminoácidos, moléculas que formam as proteínas. Ele também pode ser encontrado em substâncias com aplicações específicas, como no ácido p-aminobenzoico (NH2C6H4COOH), conhecido pela sigla em inglês PABA. Essa substância tem ação antioxidante e capacidade de bloquear os efeitos dos raios ultravioleta, sendo usada na composição de protetores solares. Por sua vez, os haletos orgânicos são substâncias formadas pela substituição, em um hidrocarboneto, de um ou mais átomos de hidrogênio por átomos de halogênios. Alguns exemplos comuns incluem o clorofórmio (CHCl3), utilizado como solvente e, em meados do século XIX, como anestésico, e o tetracloreto de carbono (CCl4), usado principalmente na fabricação de gases para refrigeração e propelentes em aerossóis. Outro exemplo é o cloreto de vinila (C2H3Cl), principal matéria-prima para a produção de PVC, um plástico amplamente utilizado em diversas aplicações industriais e domésticas. No Tema anterior, foram estudados os hidrocarbonetos, substâncias orgânicas formadas apenas por átomos de carbono e de hidrogênio. Neste Tema, será abordada a presença de átomos de outros elementos químicos, como o nitrogênio e os halogênios (flúor, cloro, bromo e iodo), o que aumenta a complexidade das substâncias orgânicas e confere a elas propriedades específicas.

GETTY IMAGES

O uso de protetor solar é importante para proteger contra os raios ultravioleta do Sol, que podem ser bastante prejudiciais e causar câncer de pele, por exemplo.

UNIDADE

TEMA

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12/11/2024 17:53

Grupos funcionais REfliTA

Não escreva no livro.

1 Por que a presença de átomos de outros elementos químicos afeta as propriedades das substâncias? Proponha uma explicação.

As diferenças na estrutura das moléculas – como a presença ou a ausência de insaturações ou ramificações, de átomos de elementos químicos diferentes ou mesmo de grupos de átomos – conferem propriedades distintas às substâncias. Os átomos ou grupos de átomos que se ligam a um carbono de uma molécula orgânica no lugar de um hidrogênio são chamados de substituintes. Quando incorporados a uma molécula de um hidrocarboneto, os substituintes transformam-na em outra classe de substância e, por isso, são denominados grupos funcionais. Um grupo funcional, portanto, é um átomo ou grupo de átomos que, quando presente nas moléculas de uma substância, confere a ela propriedades específicas. Identificar os grupos funcionais permite agrupar as substâncias de acordo com as características das estruturas de suas moléculas, que, por sua vez, definem as características macroscópicas das substâncias. O conjunto de substâncias cujas moléculas apresentam o mesmo grupo funcional é chamado de função orgânica. As funções orgânicas nitrogenadas, nas quais o substituinte principal é o nitrogênio, e os haletos orgânicos, nos quais os átomos de halogênio conferem as propriedades específicas à substância, serão apresentados nos próximos tópicos.

Funções nitrogenadas REfliTA

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2 Você já se perguntou de onde vem o odor característico de corpos em decomposição?

Os átomos de nitrogênio são bastante eletronegativos, realizam ligações múltiplas e apresentam um par de elétrons livres. Por isso, eles podem se ligar a átomos de carbono de diversas maneiras, formando diferentes funções orgânicas. As informações a seguir resumem algumas das funções orgânicas nitrogenadas. As notações R, R’ e R’’ representam cadeias carbônicas de tamanho variável. Exemplos de funções orgânicas nitrogenadas Função Amina primária

R R

Amina terciária R

Nitrila

N H

Fórmula geral N R N R N

R R

Amina secundária N N R R

N H

Fórmula geral H R

l C O l R NR’R’’ R C O O Amida l l R R RNR’R’’ C C N NR’R’’ NR’R’’ N R R Imina R - C m NH R R

R-CmN R

Função

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12/11/2024 17:53

Aminas As aminas são substâncias orgânicas formadas por uma, duas ou três cadeias carbônicas ligadas a um átomo de nitrogênio (RNH2, RR’NH ou RR’R’’N). Frequentemente, elas são representadas por meio de suas fórmulas condensadas, com o nome de cada grupo ligado ao nitrogênio escrito de forma individual, pois, muitas vezes, essa representação é suficiente para identificar a substância. No caso da metilamina, a amina mais simples que existe, sua fórmula é CH3NH2, indicando que um hidrogênio ligado ao nitrogênio foi substituído pelo grupo metila (H3Ck). As aminas podem ser classificadas em primárias, secundárias e terciárias, de acordo com o número de substituintes ligados ao átomo de nitrogênio: um, dois ou três, respectivamente. Os substituintes R podem ser iguais ou diferentes. O esquema a seguir resume essa classificação.

UNIDADE

Estrutura geral das aminas _H / +R NH3 _2 H / +2 R _3 H / +3 R

Aminas primárias

R - NH - R

Aminas secundárias

R-N-R

Aminas terciárias

R - NH2

AlGO A

As aminas e os maus odores

H2 N

NH2 Cadaverina

H2 N Putrescina

NH2

ORACICART

As substâncias nitrogenadas, como os aminoácidos, que são moléculas constituintes das proteínas, fazem parte da constituição dos seres vivos. Após a morte de um organismo, alguns aminoácidos são decompostos por microrganismos. Nesse processo, são geradas duas substâncias, a cadaverina e a putrescina, cujos nomes, segundo as regras de nomenclatura sistemática da IUPAC, são pentano-1,5-diamina e butano-1,4-diamina, respectivamente. Essas duas substâncias estão associadas ao cheiro de carne podre.

MAURÍCIO SIMONETTI/PULSAR IMAGENS

STUDIOMOLEKUUL/SHUTTERSTOCK.COM

Outra amina associada a maus odores é a trimetilamina, que se origina da decomposição de peixes. B

Representação tridimensional da molécula de trimetilamina, na qual as esferas pretas representam o carbono, as brancas, o hidrogênio, e a azul, o nitrogênio (imagem sem escala; cores fantasia) (A). Aminas voláteis, como a trimetilamina, têm um cheiro forte e desagradável e são liberadas por peixes em decomposição (B).

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12/11/2024 17:53

Nomenclatura das aminas

N H

NH2

2-metilpropanamina

ORACICART

A nomenclatura das aminas segue as regras estabelecidas pela IUPAC. Para nomeá-las, basta usar o sufixo -amina. Para as aminas secundárias e terciárias, utiliza-se o prefixo N- antes do nome do substituinte ligado ao átomo de nitrogênio. Essa indicação é importante para especificar que ele está ligado ao nitrogênio, e não à cadeia principal. Acompanhe os exemplos a seguir.

N-metilpropanamina

N H

N N-etil-N-metilbutan-2-amina ou butiletilmetilamina

N,N-dimetilmetanamina ou trietilamina

ORACICART

Outra maneira de nomear as aminas considera cada cadeia carbônica ligada ao nitrogênio como um grupo substituinte. A nomenclatura é construída por meio do nome das cadeias ligadas ao nitrogênio em ordem alfabética (como se fossem as ramificações dos hidrocarbonetos) e do sufixo -amina. Os prefixos di- e tri- podem ser utilizados quando houver cadeias iguais ligadas ao nitrogênio, permitindo, assim, a simplificação de alguns nomes. É importante mencionar que essa outra abordagem de nomenclatura não é a recomendada pela IUPAC. Acompanhe mais alguns exemplos.

N-etil-3-metilbutanamina

Vale reforçar que, apesar de a IUPAC estabelecer regras sistemáticas e padronizadas para a nomenclatura de substâncias orgânicas, muitas nomenclaturas não oficiais, também chamadas de nomes comuns, ainda são amplamente utilizadas. Isso acontece principalmente por razões históricas e práticas. Muitas substâncias foram identificadas antes da criação de um sistema unificado de nomenclatura, por isso o nome comum delas se tornou amplamente aceito e conhecido. Além disso, os nomes comuns costumam ser mais fáceis de se lembrar e de pronunciar, o que facilita a comunicação em ambientes profissionais, industriais ou mesmo educacionais. Por exemplo, o nome cadaverina é muito mais usado do que o nome oficial pentano-1,5-diamina. Em muitos casos, a familiaridade e a tradição superam a necessidade de utilizar uma nomenclatura formal. Por fim, em certas situações, como no campo farmacêutico ou na indústria, as nomenclaturas comerciais e as marcas registradas também desempenham um papel importante, perpetuando o uso de nomes não oficiais.

Amidas O R

N R’

R’’

ORACICART

As amidas são substâncias orgânicas cujas moléculas apresentam um grupo amino ligado ao carbono de uma carbonila ( C l O). Esse grupo amino pode, ainda, ter seus hidrogênios substituídos. As amidas podem ser representadas pela fórmula condensada do tipo RCONR’R’’, em que cada grupo R pode ser uma cadeia carbônica de tamanho variável ou um átomo de hidrogênio, como representado na estrutura geral a seguir.

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UNIDADE

INTERFOTO/ALAMY/FOTOARENA

Uma amida muito importante é a penicilina, um antibiótico natural produzido pelo fungo Penicillium chrysogenum (também conhecido como Penicillium notatum), cuja descoberta teve um aspecto acidental. O médico escocês Alexander Fleming (1881-1955) realizava experimentos em seu laboratório com uma colônia de bactérias Staphylococcus aureus, causadoras de infecções diversas. Após alguns dias de descanso, ele retornou ao laboratório e notou algo diferente. Em uma das placas de Petri (usadas na cultura de bactérias) que havia guardado, desenvolveu-se um bolor, em volta do qual as bactérias não cresciam.

Bolor (fungo Penicillium sp.) Colônias de Staphylococcus sp. cujo crescimento foi afetado

Colônias intactas de Staphylococcus sp.

Placa de Petri usada por Fleming. Fleming desconfiou de que as bactérias estavam sendo mortas por uma substância secretada pelos fungos, o que foi comprovado posteriormente. Fleming atribuiu à substância o nome de penicilina, por causa do nome do fungo que estudava. A seguir, são apresentados alguns exemplos de amidas.

NH2

Metanamida ou formamida

N H

NH2

Etanamida ou acetamida

N-etilpropanamida

ORACICART

N N,N-dimetiletanamida ou N,N-dimetilacetamida

O NH

Caprolactama

O C

NH2

Metanamida u formamida

As regras de nomenclatura das amidas são similares às aplicadas às aminas. No caso das amidas, a cadeia principal sempre será, independentemente de seu tamanho, a que estiver ligada ao átomo de oxigênio. Nomeia-se essa cadeia pelas regras gerais estudadas até aqui e então coloca-se o sufixo -amida. Caso o átomo de nitrogênio do grupo amida apresente O O O grupos substituintes, estes O também devem ser nomeados. Os O nomes dos substituintes obedecem às regras gerais já estudadas NH N cadeia NH e são colocados, em ordem alfabética, antes do nome da N NH2 H principal. O prefixo N- também é utilizado para indicar que um Etanamida substituinte estáN-etilpropanamida ligado ao nitrogênio, e nãoN,N-dimetiletanamida à cadeia principal. ou acetamida Pentano-5-lactama ou N,N-dimetilacetamida Caprolactama As amidas também podem ser cíclicas e, nesses casos, recebem o nome de lactamas. Essa classe de substância tem diversas aplicações na indústria.

ORACICART

Nomenclatura das amidas

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12/11/2024 17:53

Haletos orgânicos Além dos átomos de hidrogênio, oxigênio e nitrogênio, outros elementos químicos podem se ligar a cadeias carbônicas, constituindo substâncias com diferentes propriedades e aplicações. Os átomos do grupo 17 da tabela periódica, por exemplo, chamados de halogênios, podem formar substâncias orgânicas denominadas haletos orgânicos, cuja fórmula geral é R — X (X = halogênios). Os haletos orgânicos não são comuns na natureza, mas podem ocorrer em raros casos. Nos seres humanos, por exemplo, os hormônios T3 e T4, essenciais para o controle do metabolismo, apresentam átomos de iodo em sua estrutura. A nomenclatura dos haletos orgânicos deve indicar a localização e o nome do grupo no início do nome da substância, seja um hidrocarboneto ou outras funções orgânicas (como as que serão estudadas no próximo Tema). Caso haja mais de um grupo na mesma posição, utilizam-se os prefixos diou tri- para indicar a quantidade. Os prefixos utilizados para indicar a presença dos halogênios na estrutura da molécula são fluoro- (- F), cloro- (- Cl), bromo- (- Br) e iodo- (- I). Com base nessas regras de nomenclatura, os nomes dos haletos orgânicos podem ser determinados, como exemplificado a seguir.

Não escreva no livro.

REfliTA

3 Você sabe o que são

ORACICART

os CFCs e como eles afetam a camada de ozônio?

Cl F 2-cloropentano

H Cl

Clorofórmio ou triclorometano

O C

O Br

F 7-bromo-5-fluoroept-1-en-4-ona

F Ácido trifluoroacético ou ácido trifluoroetanoico

Tetrafluoreteno

Cloroeteno

C H

Diclorometano

H N

N H

O 6,6'-dibromoíndigo

ESPAÇOS DE APRENDiZAGEM

• A principal substância presente no corante natural púrpura tíria é o 6,6'-dibromoíndigo, extremamente valioso quando não se conheciam corantes sintéticos de cor similar. O texto a seguir conta um pouco sobre a história desse haleto orgânico. GORVETT, Zaria. Púrpura tíria: o antigo pigmento desaparecido que valia mais que ouro. BBC Future, 17 dez. 2023. Disponível em: https://www.bbc.com/portuguese/ articles/cy92w17qkeeo. Acesso em: 24 out 2024.

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Iodo e tireoide

UNIDADE

AlGO A TATIANA BRALNINA/SHUTTERSTOCK.COM

I HO

O I

OH NH2

O I

Tri-iodotironina (T3)

AT¡v¡DaDeS

I HO

ORACICART

A tireoide é uma glândula endócrina responsável pela secreção dos hormônios tireóideos. Ela é muito importante para o organismo, pois produz os hormônios tri-iodotironina (T3) e tetraiodotiroxina (T4), ou simplesmente tiroxina, fundamentais para a manutenção de um corpo saudável. O hipotireoidismo (a falta desses hormônios) provoca a diminuição do ritmo metabólico, enquanto o hipertireoidismo (o excesso deles) acelera o metabolismo. Essas anomalias desencadeiam uma série de Muitos alimentos também são problemas de saúde. fontes naturais de iodo. Entre O equilíbrio na produção desses hormônios é regulado por os que têm maior concentração outro hormônio, o TSH, sigla em inglês para hormônio estimulante desse elemento estão alguns da tireoide, também conhecido como tireotropina. A diminuição de peixes marinhos e frutos do T3 e T4 eleva a produção de TSH, enquanto o aumento de T3 e T4 mar, como o mexilhão. diminui essa produção. Esse equilíbrio está associado ao consumo de iodo, por meio de dietas balanceadas. A carência de iodo provoca queda na produção de T3 e T4, fazendo com que a tireoide cresça, originando o bócio nodular. Recomenda-se o consumo diário de 200 microgramas de iodo para prevenir o mau funcionamento da tireoide. Por isso, há uma lei federal que torna a adição de iodo ao sal de cozinha obrigatória desde 1974.

NH2 I

Tiroxina (T4)

Não escreva no livro.

1. Apresente a principal diferença estrutural entre

• Os átomos de hidrogênio apresentam apenas ligações simples.

2. Pesquise os tipos de penicilina que existem.

• Átomos iguais não se ligam.

as aminas e as amidas.

Escolha três e apresente, em seu caderno, suas fórmulas moleculares e aplicações. Para cada representação, destaque o grupo funcional característico das penicilinas.

3. A ureia é uma substância usada na fabricação

de fertilizantes. Sua molécula apresenta a fórmula CH4N2O e as seguintes configurações.

• O átomo de carbono apresenta uma insaturação e duas ligações simples. • O átomo de oxigênio apresenta uma ligação dupla. • Cada átomo de nitrogênio apresenta três ligações simples.

Com base nessas informações, proponha no seu caderno uma representação para a estrutura da molécula da ureia.

4. Procure por imagens de moléculas de aminas,

amidas e haletos orgânicos na internet e analise as estruturas delas; depois, avalie-as em função das ligações presentes nelas. Registre suas pesquisas e avaliações em uma folha avulsa e entregue-a ao professor.

5. Pesquise a respeito dos clorofluorcarbonetos e represente as moléculas dos principais CFCs. Em seguida, indique o que essas moléculas têm em comum.

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28 TEMA

Funções oxigenadas Respostas e comentários deste Tema estão disponíveis nas Orientações para o professor.

CHICO FE

RREIRA/P

ULSAR IM

AGENS

Diversas substâncias encontradas no dia a dia podem ser classificadas como funções orgânicas oxigenadas. Presentes nos aromas de flores e frutas, em produtos de limpeza e em combustíveis, essas substâncias desempenham papéis essenciais no cotidiano. Muitas vezes, sem perceber, as pessoas interagem com elas ao cozinhar, usar cosméticos ou ao realizar atividades ao ar livre. O etanol, por exemplo, encontrado em bebidas alcoólicas e usado como biocombustível, é uma substância amplamente conhecida. Outro exemplo é o ácido acético, que está presente no vinagre e é utilizado na culinária. Também pode-se mencionar o metanol, usado como solvente e combustível, e o éter dietílico, que já foi utilizado como anestésico em procedimentos médicos. Essas substâncias têm em comum a presença de átomos de oxigênio em suas moléculas. Este Tema abordará como essas funções oxigenadas são formadas e como as estruturas de suas moléculas influenciam as propriedades das substâncias. Com base nesse conhecimento, será possível compreender melhor a Ciência por trás de muitos materiais que fazem parte do cotidiano. Para interagir umas com as outras, as abelhas utilizam uma série de substâncias, chamadas feromônios, que pertencem à classe da função oxigenada.

Não escreva no livro.

As principais funções oxigenadas

1 O que pode acon-

O oxigênio precisa fazer duas ligações químicas para atingir a estabilidade de acordo com a regra do octeto. Dessa forma, ele pode estar presente nas moléculas orgânicas das seguintes formas: em ligação dupla com um único átomo de carbono; ligado a dois átomos de carbono, como heteroátomo da cadeia principal; ligado a um carbono e a outro elemento químico, como o hidrogênio; ou uma combinação de mais de uma dessas opções. É importante lembrar que o átomo de oxigênio apresenta dois pares de elétrons não emparelhados. As substâncias orgânicas cujas moléculas apresentam o elemento oxigênio, além de carbono e hidrogênio, são chamadas de substâncias orgânicas oxigenadas.

REfliTA

tecer com a polaridade de uma molécula se ela tiver um átomo de oxigênio?

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UNIDADE

RUBENS CHAVES/PULSAR IMAGENS

Álcoois A palavra álcool é comum no dia a dia. Fala-se de álcool principalmente para indicar o etanol combustível, material que contém uma pequena quantidade de água e de outras substâncias químicas. O termo também é usado para se referir às bebidas alcoólicas e aos diferentes tipos de álcool utilizados em limpeza e desinfecção. Em todos os casos, o termo álcool indica a presença de uma substância: o etanol, ou álcool etílico. O etanol faz parte de um grupo de substâncias orgânicas denominadas álcoois, cujas moléculas apresentam o grupo funcional hidroxila (- OH) ligado a um átomo de carbono saturado. Eles podem ser representados pela fórmula geral R - OH, em que o grupo R é uma cadeia carbônica.

Caminhão carregado de cana-de-açúcar recém-colhida a caminho de usina produtora de açúcar e etanol. Laranjeiras (SE), 2024.

OH OH

Metanol

HO HO Propan-2-ol Propan-2-ol Propan-2-ol

OH OH

Propan-1,2,3-triol Propan-1,2,3-triol Propan-1,2,3-triol

O grupo hidroxila confere às moléculas uma polaridade considerável, especialmente se o número de átomos de carbono presente for pequeno ou o número de hidroxilas for relativamente grande, como no caso do glicerol. O metanol e o etanol, embora tenham estruturas semelhantes, produzem efeitos bem distintos no organismo. A toxicidade do metanol é consideravelmente maior, pois ele é metabolizado em ácido fórmico, uma substância que pode ligar-se de forma permanente a certos receptores, levando ao risco de cegueira. ESPAÇOS DE APRENDiZAGEM

• O texto a seguir apresenta dados sobre a produção de etanol e de biodiesel no país. CAMPOS JÚNIOR, Geraldo. Produção de etanol e de biodiesel volta a crescer e bate recorde. Poder360, [s. l.], 13 jul. 2024. Disponível em: https://www.poder360.com.br/ poder-energia/producao-de-etanol-e-de-biodiesel-volta-a-crescer-e-bate-recorde/. Acesso em: 14 out. 2024.

PETER HERMES FURIAN/ SHUTTERSTOCK.COM

H3C - OH

OH OH

ORACICART

Além do etanol, outros exemplos são o metanol, usado como combustível de carro de corrida, o propan-2-ol (ou isopropanol), usado na limpeza de materiais vítreos, como lentes de óculos e telas de eletrônicos, e o propan-1,2,3-triol (ou glicerol), usado na fabricação de sabonetes que agem como hidratantes de pele. Acompanhe a seguir as representações das estruturas de suas moléculas.

Representação tridimensional da molécula de metanol, na qual a esfera preta representa o carbono; as esferas brancas, o hidrogênio; e a esfera vermelha, o oxigênio (imagem sem escala; cores-fantasia).

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Nomenclatura dos álcoois

OH H 3C 3

OH H3C

CH2 CH2 2

Propan-1-ol

CH3

ORACICART

A nomenclatura dos álcoois, assim como a dos hidrocarbonetos e a das substâncias nitrogenadas, segue as regras de nomenclatura estabelecidas pela IUPAC. Na formação dos nomes dos álcoois, primeiramente, determina-se o número de carbonos da cadeia principal, para definir o prefixo (met-/et-/prop-, por exemplo). Em seguida, adicionam-se os infixos relativos à saturação da cadeia carbônica (-an-/-en-/-in-). Por fim, adiciona-se -ol, que é o sufixo característico para o grupo funcional dos álcoois. Nas moléculas contendo um átomo de carbono ou dois átomos desse elemento, não há possibilidade de variação na posição da hidroxila. No entanto, quando há três átomos de carbono ou mais, o grupo hidroxila pode estar ligado a átomos de carbono em diferentes posições, formando mais de um tipo de álcool. Para dar nome a essas substâncias, é preciso informar as posições nas quais o grupo funcional está ligado, em relação ao restante da molécula, de uma forma não ambígua. Para isso, numeram-se sequencialmente os carbonos da cadeia, de modo a obter o menor número possível para o carbono ao qual o grupo funcional está ligado. Acompanhe os exemplos de dois álcoois com a mesma fórmula molecular, apresentando 3 átomos de carbono em cada um.

Propan-2-ol

4 3 4

1 2

2 3

But-2-en-1-ol

3 1

ORACICART

Note que, diferentemente do propan-1-ol, no caso do propan-2-ol, não importa de que lado a numeração vai ser iniciada, uma vez que ambas as extremidades estão à mesma distância do grupo funcional. Quando há mais de uma hidroxila, todos os números localizadores devem ser informados, separados por vírgula. Caso um álcool apresente uma ligação dupla em sua estrutura, também é preciso indicar sua posição, como nos exemplos a seguir. Neles, a numeração sequencial também parte do carbono ao qual o grupo funcional está ligado.

But-3-en-1-ol

But-3-en-2-ol

Enóis

ORACICART

Diferentemente dos álcoois, os enóis são substâncias orgânicas cujas moléculas apresentam uma hidroxila (- OH) ligada a um átomo de carbono que faz ligação dupla com outro átomo de carbono. Os enóis podem ser representados pela estrutura geral mostrada a seguir, em que os grupos R, R’ e R’’ podem ser átomos de hidrogênio ou cadeias carbônicas de tamanho variável. OH R

R’’ R’

Enol

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UNIDADE

OH R

O R’’

R’

ORACICART

Os enóis são pouco estáveis e se apresentam em equilíbrio com as formas aldeídicas e cetônicas equivalentes (funções abordadas mais adiante). A conversão entre uma forma e outra ocorre pelo deslocamento do hidrogênio da hidroxila para o átomo de carbono que faz ligação dupla com o átomo de carbono ligado à hidroxila. Esse fenômeno é denominado tautomeria. Acompanhe a representação desse processo a seguir.

R R’

R’’ H

Enol

O H3C Aldeído

H3C

O CH2

Enol

C H3C

CH3

Cetona

Nomenclatura dos enóis O nome dos enóis é dado exatamente da mesma forma que o dos álcoois. Como sempre, há uma ligação dupla. Deve-se indicá-la (com o infixo -en-) e numerar sua posição (a partir do carbono ligado à hidroxila), utilizando o mesmo sufixo -ol, conforme feito para os álcoois. Acompanhe um exemplo.

H H 3C

ORACICART

H2C

EDITORIA DE ARTE

Se R’’ for um átomo de hidrogênio, o enol entrará em equilíbrio com um aldeído, e o equilíbrio estabelecido é conhecido como aldo-enólico. Porém, se R’’ for uma cadeia carbônica, o enol entrará em equilíbrio com uma cetona, e será estabelecido um equilíbrio ceto-enólico. Nesses equilíbrios, o enol, em razão de sua instabilidade, está presente em menor proporção. A representação de uma seta direta maior do que a inversa traduz isso, como mostrado nos exemplos a seguir.

Prop-1-en-1-ol

Os fenóis são substâncias orgânicas cujas moléculas apresentam uma hidroxila (- OH) ou mais ligada a um anel aromático. Os fenóis podem ser representados pela fórmula básica Ar - OH, em que Ar é um radical arila, como um fenil (C6H5 -). O fenol mais simples é o hidroxibenzeno, também conhecido como fenol comum ou benzenol, que tem fórmula molecular C6H5OH. Acompanhe a representação a seguir. As ligações químicas nos anéis aromáticos conferem propriedades características a essas estruturas e, consequentemente, às substâncias aromáticas. Entre essas propriedades está o fato de os fenóis serem levemente ácidos, ao contrário dos álcoois, que têm acidez praticamente nula.

SELMA CAPARROZ

Fenóis

Hidroxibenzeno

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SELMA CAPARROZ

ORACICART

Acompanhe a seguir as representações das estruturas das moléculas de dois fenóis, a fenolftaleína, indicador de pH, e o bisfenol-A, utilizado para a fabricação de plásticos. OH HO

O O Fenolftaleína

Bisfenol-A

Nomenclatura dos fenóis

Nos últimos anos, a preocupação com a composição de plásticos em embalagens de alimentos cresceu devido à comprovação dos danos causados pelo bisfenol-A.

OH 6 5

EDITORIA DE ARTE

Para nomear a função orgânica fenol, a IUPAC recomenda que a substância fenol seja considerada um derivado do benzeno. Assim, o prefixo hidroxi- se refere à hidroxila (OH), e os demais ligantes ao anel benzênico são considerados substituintes. Considere os exemplos a seguir. OH

CH3

6 5

2-metil-hidroxibenzeno

3 4

CH3

3-metil-hidroxibenzeno

CH3

2-metil-hidroxibenzeno ou 2-metilfenol

HO CH3

3-metil-hidroxibenzeno ou 3-metilfenol

CH3

EDITORIA DE ARTE

Note que o carbono ligado à hidroxila é numerado como 1, e o carbono ligado a outro grupo recebe a menor numeração possível em relação ao carbono do grupo - OH. Entretanto, a IUPAC também permite o uso do nome comum fenol. Nesse caso, as substâncias derivadas do fenol seguem uma nomenclatura baseada nele, conforme indicado a seguir.

4-metil-hidroxibenzeno ou 4-metilfenol

ESPAÇOS DE APRENDiZAGEM

• O seguinte texto discute a relação entre o consumo de alimentos ricos em polifenóis e a atividade física. FURLAN, Aline da Silva; RODRIGUES, Lovaine. Consumo de polifenóis e sua associação com conhecimento nutricional e atividade física. Revista Brasileira de Medicina do Esporte, [São Paulo], v. 22, n. 6, p. 461-464, nov./dez. 2016. Disponível em: https://www. scielo.br/j/rbme/a/NTNdcsH5xsspFYhVfbqvLMz/?format=pdf. Acesso em: 14 out. 2024.

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UNIDADE

H3C

CH3

ORACICART

A palavra éter foi, por muito tempo, utilizada com uma conotação mística, sendo passada dos alquimistas para os químicos como um nome para representar um tipo de substância ou de energia que preenche o espaço ao redor das pessoas. Com o avanço da Ciência, várias teorias e vários modelos foram desenvolvidos para explicar o comportamento do ar, das radiações e de outros fenômenos, até que o termo éter passou a ser utilizado apenas para designar um grupo de substâncias orgânicas. O primeiro éter recebeu esse nome, em 1729, do químico alemão August Sigmund Frobenius (c. 1700-1741). Ele obteve a substância com propriedades singulares destilando preparados de plantas e a chamou de espírito de vinho etéreo. No artigo em que apresenta a substância, foram descritas várias de suas propriedades, entre as quais sua volatilidade e inflamabilidade. Atualmente, o grupo funcional éter é caracterizado pela presença de um átomo de oxigênio ligado a dois átomos de carbono, ou seja, um átomo de oxigênio no meio da cadeia carbônica, na forma de heteroátomo. Os éteres podem ser representados pela fórmula básica R - O - R’, em que R e R’ são cadeias carbônicas de tamanho variável (iguais ou não). Eles podem ocorrer na forma acíclica ou cíclica e apresentar aromaticidade, como o furano. Os éteres menores são solventes com polaridade intermediária, o que lhes confere a capacidade de se misturarem a substâncias polares e apolares – porém, com miscibilidade variável em cada caso. Acompanhe a seguir a representação do éter metoximetano. LYMAN, Henry. Clover's inhaler for ether and nitrous oxide. In: LYMAN,

Metoximetano

UNIVERSAL HISTORY ARCHIVE/UNIVERSAL IMAGES GROUP/ SCIENCE PHOTO LIBRARY/FOTOARENA

Éteres

Henry. Artificial anaesthesia and anaesthetics. London: Sampson Low, Marston, Searle & Rivington, 1882. p. 41.

Representação do inalador de Clover para éter e óxido nitroso usado em anestesias. O éter identificado por Frobenius foi utilizado a partir de meados do século XIX como anestésico.

Nomenclatura dos éteres Para éteres formados por duas cadeias carbônicas diferentes (R e R’), a regra geral consiste em, primeiramente, definir qual das duas é a maior ou a mais complexa. Essa cadeia deve ser nomeada sem considerar o átomo de oxigênio. A cadeia menor ou a mais simples, chamada de grupo alcoxila, é nomeada seguindo as regras de nomenclatura de hidrocarbonetos, porém é acrescentado o sufixo -oxi ao nome. Quando esse grupo é derivado de um alcano, basta utilizar o prefixo indicativo do número de carbonos (met-, et-, prop- etc.) somado a -oxi. Caso seja derivado de um alceno ou alcino, ao prefixo indicativo do número de carbonos é acrescentado -eniloxi e -iniloxi, respectivamente.

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O nome da substância é feito pela junção do nome do grupo alcoxila com o da outra cadeia, sem separação por hífen. Quando a cadeia principal tiver mais de uma posição em que o grupo alcoxila possa se ligar, essa localização deve ser indicada antes do nome do grupo alcoxila. Acompanhe a seguir alguns exemplos.

OCH O 3

CH3 CH 3

O O

CH Metóxi CH 33

O O

Metóxi O

Etano

Metoxietano

Benzeno

Eteniloxibenzeno

2-metilpropano

1-metóxi-2-metilpropano

O O

Nome do éter

CH3 CH 3

OCH O 3

Etenilóxi

O pode notar, quando O das cadeias apresenta ramificações ou O O O O uma Como se O O O O O insaturações, os nomes ficamOmais complexos. Por isso, há outro modo de os O O O O O O éteres serem nomeados, que não segue as regras da IUPAC, mas é bastante utilizado e consiste em considerar ambas as cadeias como substituintes. O O O O O NesseOcaso, utilizam-se seus nomes aos quais é acrescentada a palavra éter. Acompanhe a seguir os mesmos exemplos apresentados antes, mas agora com nomenclatura não oficial.

O O

OCH O 3

Nome da cadeia principal

ILUSTRAÇÕES: ORACICART

Nomenclatura de alguns éteres

O O O O O O O O O H3C H C CHH3 CH H3C H C CHH3 CH H3C H C CHH3 CH CH CH C C C 3OO CH3 Nome da 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 O O O O O O O O O O O O O O O O Cadeia maisHCH CH3H C H3CH CH3Hmais CH3 HCH C C 3 principal CH CH CH HH33C CCHCHdo CCH3 3C 3 CH H3H CCH éter cadeia 3CH 3 CH CH C H C Cadeia 3 3 CH C H C H3CH3Estrutura H33C H(alcóxi) 3 H33C 3 33 33 3 33 CH 3 3 CH3 3 3 3 simples simples C C H3C H C H H C C H H C C C H H H 3 3 3 3 3 3 3 3 O O CH3 CH CH O O CH3 CH CH O O CH CH3 O 3 O 3 C 3 CH H3C O 3 C 3 H3CHH3C H3C3H3CH C H3C H3C3H3C H H C C C H H 3 3 C C HCH H H3C H33CO O CH CH CH CH3 O3 O O CH CH O O 3 CH 33 O 3 3 O3 CH3 3 3 3 3

O O O O O O Nome O O O H3C H C CH3 CH H3C H C CH3 CH H C C CH3 CH CH H C H C H3C alternativo da O 3 3 3 3 3 3 3 3 O OO CH3 O O O O O O CH33 H3O O O O O O O O Estrutura doHéter Substituinte Substituinte CH CH3 C H33CCHcadeia HC33C CH C3CH C CH CH3CH H C CH3 CH HCH C3 CH H mais 33CH3 H33C C H3CH3C H33C CH CHCH H3 C 3CH H3CH3CHH33C H HH33C 3 3CH 3 3 3 3 3 3 3 3 simples C C H3C H C H H C C H H C C C H H H 3 3 3 3 3 3 3 3 O O CH3 CHO CH O O CH3 CHO CH O O CH CH3 3 H3C 3 H33CCHO H3C H3HC C H3C H33C H C H3C 3 H3C H33C C H C C H H 3 3 C C H3C H3CO3 O CH CHO H H CH CH CH3 O O CH CH O O 3 CH 3 3 3 3O CH3 O3 3 3 3 3 3

O O CH 3

CHCH 3 3

O O

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OO O

O O CH 3

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Metil CHCH 3 3

Metil O O

O O CH 3

O O

CHCH 3 3

Nome do éter

Etil

Etil metil éter

Fenil

Etenil fenil éter

metilpropil

Metil 2-metilpropil éter

Etenil

Nome alternativo da cadeia principal

ILUSTRAÇÕES: ORACICART

Nomenclatura não oficial de alguns éteres

Ocasos, os nomes dos O O O substituintes Nesses seguem a ordem alfabética. O O O O O O Para éteres formados por duas cadeias iguais, pode-se utilizar o prefixo diO O O O O O mais o nome do substituinte, seguido pela palavra éter. O

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Aldeídos e cetonas

ORACICART

Nessas classes de substância, o grupo funcional é formado por uma carbonila ( C = O), um átomo de oxigênio ligado a um átomo de carbono por uma ligação dupla. O que diferencia, porém, um aldeído de uma cetona é a localização da carbonila na cadeia carbônica. Nos aldeídos, o grupo funcional está localizado sempre em carbonos primários (ou seja, carbonos que se ligam a somente outro átomo de carbono), apresentando a estrutura básica R - CHO, em que o grupo R pode ser um átomo de hidrogênio ou cadeias carbônicas de tamanho variável. Já as cetonas apresentam a carbonila localizada em carbonos secundários (ou seja, carbonos que se ligam a dois outros átomos de carbono), cuja estrutura básica é R - CO - R’, em que os grupos R e R’ podem ser cadeias carbônicas de tamanho variável (iguais ou diferentes). Acompanhe a seguir as fórmulas estruturais gerais de aldeídos e cetonas. O O H H C C

O O R’ R’ C C

R R

Aldeído

UNIDADE

Cetona

Os aldeídos e as cetonas apresentam estruturas parecidas e, portanto, têm propriedades semelhantes. A presença de um hidrogênio ligado à carbonila, no entanto, torna o grupo funcional dos aldeídos mais reativo do que o das cetonas.

Nomenclatura dos aldeídos e das cetonas Tanto os aldeídos como as cetonas podem ser nomeados seguindo-se as regras básicas para os hidrocarbonetos, com as mesmas especificidades dos álcoois, alterando apenas os sufixos utilizados. Para os aldeídos, o sufixo adotado é -al (início da palavra aldeído), e, para as cetonas, usa-se o sufixo -ona (fim da palavra cetona). No caso das cetonas, deve-se indicar a posição da carbonila na cadeia carbônica, especialmente quando há mais de uma possível. A seguir, acompanhe a nomenclatura, estrutura e usos de algumas dessas substâncias.

Tem odor e sabor característicos de manteiga, por isso é incorporada na produção de margarinas.

ORACICART

BOROFOTOS/SHUTTERSTOCK.COM

Apesar de não ser sua principal aplicação, o formol é conhecido por sua capacidade de conservar tecidos animais, por isso é utilizado em embalsamentos. COSTTAEDITORAÇÃO

Butano-2,3-diona

MEINDERT VAN DER HAVEN/ISTOCK/ GETTY IMAGES PLUS/GETTY IMAGES

Metanal (formol)

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A função ácido carboxílico é caracterizada pelo grupo Estrutura geral de funcional denominado carboxila (- COOH), que é formado ácidos carboxílicos pela ligação de uma hidroxila a uma carbonila. Acompanhe O a fórmula estrutural geral dos ácidos carboxílicos, em que R R pode ser um átomo de hidrogênio ou uma cadeia carbônica OH de tamanho variável. Ácido carboxílico A presença da carboxila torna as moléculas dos ácidos carboxílicos bastante polares, e o aumento da densidade de carga negativa, em razão da presença dos átomos de oxigênio, torna a ligação entre o oxigênio e o hidrogênio da hidroxila mais enfraquecida e o átomo de hidrogênio mais ionizável. Logo, os ácidos carboxílicos se dissociam em meio aquoso, de acordo com o equilíbrio químico representado a seguir.

ORACICART

Ácidos carboxílicos

RCOOH(aq) + H2O(l) H RCOO_(aq) + H3O+(aq) Apesar disso, os ácidos carboxílicos são considerados ácidos fracos quando comparados com ácidos inorgânicos, como ácido clorídrico, ácido nítrico e ácido sulfúrico. Eles podem reagir com bases fortes, formando sais com cátions metálicos, chamados sais de ácidos orgânicos ou sais de ácidos carboxílicos, em reações de neutralização que podem ser representadas da seguinte forma: RCOOH(aq) + NaOH(aq) H RCOONa(aq) + H2O(l) Os ácidos carboxílicos de cadeias longas, não ramificadas e monocarboxílicas, ou seja, com apenas um grupamento carboxila, são chamados ácidos graxos. Essas substâncias podem ser classificadas em insaturadas (que apresentam insaturação na cadeia carbônica) ou saturadas (que apresentam cadeia carbônica linear e saturada). O ácido oleico (nome comum), presente em azeite de oliva, é exemplo do primeiro, e o ácido láurico (nome comum), presente em óleo de coco, é exemplo do segundo.

Nomenclatura dos ácidos carboxílicos Antes de haver uma nomenclatura sistemática, os nomes das substâncias estavam relacionados, principalmente, com sua origem. O ácido metanoico, por exemplo, quando identificado, recebeu o nome de ácido fórmico por ser encontrado em algumas espécies de formiga que o utilizam como mecanismo de defesa. A nomenclatura dos ácidos carboxílicos é relativamente simples, já que o grupo funcional inclui um dos carbonos terminais da molécula. Para nomeá-los, utiliza-se a palavra ácido seguida do nome do grupo R que está ligado ao grupo funcional. Por fim, adiciona-se o sufixo -oico. É importante destacar que, para realizar a contagem de carbonos, aquele ligado aos átomos de oxigênio deve ser considerado. Para identificar as posições de ramificações, as insaturações e os outros grupos funcionais, contam-se os carbonos a partir daquele ligado aos átomos de oxigênio.

AFRICA STUDIO/SHUTTERSTOCK.COM

O vinagre comercial contém entre 4% e 6% de ácido etanoico (ou ácido acético, o nome comum).

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UNIDADE

ORACICART

A nomenclatura dos sais orgânicos é semelhante à dos sais inorgânicos. Ela é feita pelo nome do ânion seguido do conectivo de e do nome do cátion. Para nomear o ânion orgânico, substitui-se o sufixo -oico do ácido por -ato. Os nomes de alguns sais formados dos ácidos etanoico e 3-metilbutanoico são apresentados a seguir. O OH

Ácido etanoico

Ácido 3-metilbutanoico

O O_K+

O_Na+

Etanoato de potássio

3-metilbutanoato de sódio

Ésteres

O O

R’

Quando os ésteres reagem com substâncias alcalinas em meio aquoso, como o hidróxido de sódio (NaOH), ocorre uma transformação conhecida como hidrólise básica, que produz um sal orgânico de ácido carboxílico e um álcool. A saponificação, nome do processo utilizado para a fabricação de sabões, consiste em uma hidrólise básica de triglicerídios (ésteres com três grandes cadeias carbônicas), produzindo glicerol e sais de ácidos graxos (sais de ácidos carboxílicos com longas cadeias carbônicas, ou seja, sabões).

ELENA KABENKINA/ SHUTTERSTOCK.COM

Vale mencionar que todos os Rs representados até aqui podem ser substituintes orgânicos (ou seja, cadeias carbônicas ligadas a grupos funcionais). No entanto, nesses casos, passa-se a ter funções orgânicas mistas (por exemplo, em uma mesma molécula, as funções amina e álcool).

ORACICART

Outra função orgânica caracterizada pela presença de dois átomos de oxigênio é a dos ésteres, substâncias presentes naturalmente em óleos e gorduras, em essências de frutas e flores e nas ceras (de carnaúba e de abelhas, por exemplo). Industrialmente, são empregados na produção de flavorizantes alimentícios (substâncias usadas para dar sabor e aroma), medicamentos, perfumes, cosméticos, biocombustíveis etc. Eles podem ser entendidos como derivados de ácidos carboxílicos, resultantes da substituição do hidrogênio da carboxila por uma cadeia carbônica de tamanho variável. Dessa forma, os ésteres apresentam a fórmula básica R - COO - R’, em que R pode ser um átomo de hidrogênio ou uma cadeia carbônica de tamanho variável, e R’ pode ser uma cadeia carbônica de tamanho variável. Pode-se representar a fórmula estrutural geral dos ésteres da seguinte maneira.

Os sabões são fabricados industrialmente por meio do processo da saponificação.

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Nomenclatura dos ésteres

ORACICART

Os nomes dos ésteres são dados por meio da definição dos nomes das duas cadeias carbônicas R e R’. A cadeia R, que inclui o carbono que se liga a ambos os átomos de oxigênio, é considerada a principal. Para construir seu nome, utiliza-se o sufixo -oato no nome determinado pelas regras de nomenclatura já estudadas. Por exemplo, a cadeia R com um carbono se chama metanoato, já as cadeias R com dois e três carbonos se chamam etanoato e propanoato, respectivamente. A cadeia R’ recebe o nome comumente utilizado para substituintes, com a adição da letra a ao final. Para compor o nome do éster, utiliza-se ainda a preposição de entre as duas palavras, levando à estrutura final do tipo -oato de -ila. Acompanhe alguns exemplos.

H3 C

CH3

O CH3

H3C

Acetato de 3-metilbutila (flavorizante de banana e pêra)

H3C

COOCH3

CH3

NH2

2-aminobenzoato de metila (componente natural do aroma de algumas uvas)

Butanoato de metila (flavorizante de maçã e abacaxi)

CH3

O O Acetato de octila (flavorizante de laranja)

H3 C

CH3

O O Butanoato de etila (flavorizante de abacaxi)

FORMAÇÃO CiDADÃ

Sabões biodegradáveis Embora os detergentes sejam eficazes na formação de espuma e na remoção de sujeiras, os sabões apresentam uma vantagem significativa em termos ambientais: eles são menos nocivos, pois são biodegradáveis. Isso ocorre porque são produzidos a partir de óleos e gorduras naturais que contêm moléculas com cadeias carbônicas lineares. Essas cadeias podem ser facilmente quebradas por microrganismos presentes no ambiente, permitindo que os sabões se degradem naturalmente. Os detergentes, por outro lado, podem ser tanto biodegradáveis quanto não biodegradáveis, dependendo de sua estrutura química. Os detergentes biodegradáveis são aqueles cujas moléculas possuem longas cadeias carbônicas lineares, com um número par de átomos de carbono, o que facilita sua decomposição pelas enzimas de microrganismos aquáticos. No entanto, quando as cadeias são ramificadas ou de estrutura complexa, os detergentes se tornam resistentes à biodegradação, acumulando-se no ambiente e causando danos ecológicos. Os grandes acúmulos de espuma nos rios, chamados cisnes de detergente, são um exemplo. O descarte inadequado de alguns produtos, como sabão em pó, detergente e xampu, também contribui para a formação dessas espumas nocivas, que são intensificadas pela movimentação das águas, como acontece em rios com forte correnteza ou em dias de ventos intensos.

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AT¡v¡DaDeS

NELSON ALMEIDA/AFP

Um exemplo recente ocorreu no Rio Tietê, em 2023, quando grandes quantidades de espuma tóxica se formaram por causa do acúmulo de resíduos químicos, prejudicando o ecossistema local e chamando atenção para a necessidade do descarte consciente e de políticas de controle ambiental mais rigorosas.

UNIDADE

Não escreva no livro.

1. Pesquise leis que regulam o uso de sabões e detergentes não biodegradáveis no país e apresente-as. Em seu entendimento, essas normas são suficientes para que os problemas ambientais causados por esses produtos não ocorram mais?

2. Você sabe identificar se um produto é biodegradável?

Pesquise, em sites confiáveis, informações para identificar os detergentes biodegradáveis. Elabore um modo de informar as pessoas sobre sua descoberta, pode ser um texto curto, uma imagem ou um vídeo, mas lembre-se de incluir nessa elaboração os conhecimentos químicos que aprendeu.

AT¡v¡DaDeS

Espuma tóxica cobre o Rio Tietê. Salto (SP), 2023.

Não escreva no livro.

1. O etanol é produzido de plantas ou raízes, como a cana-de-açúcar, a cevada e o trigo. O etanol é utilizado em muitos países, mas em muitos deles esse álcool é misturado a outros combustíveis. No caderno, indique as vantagens da adição do etanol em outros combustíveis.

2. Há alguns anos, notícias alarmantes sobre a presença do bisfenol-A (BPA) em mamadeiras plásticas deixaram os responsáveis preocupados, causando uma corrida pela troca desse utensílio tão comum nos lares com crianças pequenas. Reportagens afirmavam que o BPA poderia provocar câncer e outras doenças. Posteriormente, pesquisas indicaram que o alarde parecia exagerado, já que o BPA seria inofensivo nas quantidades presentes nos plásticos utilizados na época. Apesar disso, a suspeita permaneceu, e a indústria se apressou em produzir mamadeiras com o rótulo contendo a informação de que o produto era livre de BPA. Afinal, essa substância pode ou não causar danos à saúde quando presente em mamadeiras plásticas? Faça uma pesquisa sobre o assunto em sites confiáveis e

escreva, no caderno, um pequeno texto resumindo as informações encontradas.

3. Faça uma pesquisa em fontes confiáveis e apre-

sente os principais problemas do uso de formol em tratamentos estéticos para consumidores e profissionais da beleza. Você pode fazer um texto argumentativo, produzir uma imagem, um vídeo ou mesmo uma tirinha de quadrinhos.

4. Os ésteres, substâncias orgânicas comuns na

natureza, podem ser obtidos de uma reação de esterificação entre um ácido carboxílico e um álcool. Para a indústria de alimentos e de cosméticos, qual é a importância de desenvolver novas formas de síntese de ésteres?

5. A fabricação de perfumes depende muito do

conhecimento derivado da indústria química. Muitos perfumes de marcas famosas contêm compostos orgânicos específicos, como o decanal (C10H20O). Com base no nome e na fórmula molecular apresentados, indique a que funções orgânicas essa substância pertence. Pesquise e identifique outras substâncias amplamente utilizadas na fabricação de perfumes.

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29 TEMA

Não escreva no livro.

REfliTA

1 Com base no que estu-

dou até agora, sugira uma maneira de distinguir moléculas que apresentam a mesma fórmula molecular, mas são diferentes.

Na indústria farmacêutica, a existência de isômeros é um fator que influencia na produção de um medicamento.

RAFA

STOC

KBR/S

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HUTT

ERST

Isomeria

Respostas e comentários deste Tema estão disponíveis nas Orientações para o professor.

Você já pensou em como as substâncias com a mesma fórmula molecular podem ter comportamentos diferentes? No mundo da Química, isso é mais comum do que parece. Considere duas moléculas que parecem idênticas. Elas têm a mesma quantidade e os mesmos tipos de átomos, mas algo sutil as diferencia, fazendo com que suas propriedades e até suas aplicações sejam distintas. Esse fenômeno é chamado de isomeria. A isomeria revela um dos aspectos mais intrigantes da Química Molecular, mostrando que pequenas mudanças na disposição dos átomos podem gerar grandes variações no comportamento de uma substância. Isso se reflete em muitos processos naturais e em produtos usados no dia a dia, como medicamentos e materiais sintéticos. Neste Tema, serão abordados os diversos tipos de isomeria, considerando a estrutura tridimensional das moléculas e a maneira como os átomos estão ligados.

Isomeria plana Por volta do ano de 1820, o químico alemão Justus von Liebig (1803-1873) investigou o fulminato de prata, uma substância explosiva, e determinou sua fórmula molecular (AgCNO). Nessa mesma época, Friedrich Wöhler, seu compatriota, estudava outra substância, o cianato de prata, que tem a mesma fórmula molecular (AgCNO), mas não apresentava comportamento explosivo. A Ciência da época considerava que as propriedades de uma substância estavam diretamente ligadas à sua composição química. Portanto, a ideia de que duas substâncias tão diferentes tivessem a mesma fórmula parecia absurda, levando a crer que um dos dois cientistas estivesse equivocado. Foi o químico sueco Jöns Jacob Berzelius quem ajudou a esclarecer essa questão. Ao analisar os dados de Liebig e Wöhler, assim como de outros cientistas que também haviam obtido resultados intrigantes do mesmo tipo, Berzelius concluiu que as substâncias com a mesma fórmula molecular poderiam ter estruturas diferentes. Para explicar essa descoberta, ele cunhou o termo isomeria, que em grego significa “mesma composição” (iso) e “partes” (meros). Assim, a isomeria ocorre quando duas ou mais substâncias têm os mesmos átomos em suas fórmulas, mas eles estão organizados de maneiras distintas. Essas substâncias, chamadas isômeros, apresentam propriedades diferentes justamente por causa dessas variações na disposição dos átomos, ainda que suas fórmulas moleculares sejam idênticas. A isomeria pode ser dividida em dois grupos principais: a plana e a espacial. Esses tipos de isomeria, por sua vez, são divididos em subgrupos. A isomeria plana, também chamada de constitucional, é dividida em cinco classes: isomeria de função; isomeria de cadeia; isomeria de posição; isomeria de compensação; e tautomeria.

OCK.C

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UNIDADE

Isomeria de função Na isomeria de função, as substâncias apresentam a mesma fórmula molecular, mas pertencem a funções orgânicas diferentes. Para exemplificá-la, analise os isômeros a seguir.

Substância 1

Substância 2

Fórmula molecular

C2H6O

Fórmula condensada

H3CCH2OH

H3COCH3

Função orgânica

Álcool

Éter

Nome

Etanol

Dimetil éter

CHARLES KNOWLES/SHUTTERSTOCK.COM

Exemplo de isômeros de função

Fórmula estrutural tridimensional (imagens sem escala; cores fantasia).

As esferas pretas representam átomos de carbono, as esferas brancas, átomos de hidrogênio, e as esferas vermelhas, átomos de oxigênio. Um dos isômeros é um álcool, e o outro é um éter. As diferenças estruturais de cada molécula, que resultam em diferentes interações intermoleculares, conferem propriedades físico-químicas distintas às substâncias.

Isomeria de cadeia Na isomeria de cadeia, as substâncias têm a mesma fórmula molecular e a mesma função orgânica, mas apresentam cadeias carbônicas diferentes. Para exemplificá-la, analise os isômeros a seguir.

Substância 1

Substância 2

Fórmula molecular

C4H10

Fórmula condensada

H3CCH2CH2CH3

H3CCH(CH3)CH3

Função orgânica

Hidrocarboneto

Nome

Butano

Metilpropano

JEFFREYRASMUSSEN/SHUTTERSTOCK.COM; ALEXANDER CZARNOBAJ/SHUTTERSTOCK.COM

Exemplo de isômeros de cadeia

Fórmula estrutural tridimensional (imagens sem escala; cores fantasia).

As esferas pretas representam átomos de carbono, e as esferas brancas, átomos de hidrogênio. Ambos os isômeros são hidrocarbonetos que diferem em relação à cadeia carbônica. O butano é uma substância de cadeia aberta e normal, enquanto o metilpropano é um hidrocarboneto de cadeia aberta e ramificada. Essas diferenças na cadeia carbônica conferem diferentes propriedades físico-químicas aos isômeros.

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Isomeria de posição Na isomeria de posição, as substâncias apresentam a mesma fórmula molecular e a mesma função orgânica, mas diferem na posição em que o grupo funcional está ligado à cadeia carbônica. Para exemplificá-la, analise os isômeros a seguir.

Substância 1

Substância 2

Fórmula molecular

C3H8O

Fórmula condensada

H3CCH(OH)CH3

H3CCH2CH2OH

Função orgânica

Álcool

Nome

Propan-2-ol

Propan-1-ol

JURIAAN WOSSINK/ALAMY/FOTOARENA; SCIENCEPHOTOS/ALAMY/FOTOARENA

Exemplo de isômeros de posição

Fórmula estrutural tridimensional (imagens sem escala; cores fantasia).

As esferas pretas representam átomos de carbono, as esferas brancas, átomos de hidrogênio, e as esferas vermelhas, átomos de oxigênio. Ambas as substâncias apresentadas são álcoois. Porém, note que o propan-1-ol apresenta o grupo funcional ligado a um carbono primário (carbono que se liga somente a outro átomo de carbono), enquanto no propan-2-ol a hidroxila está ligada a um carbono secundário (carbono que se liga a dois outros átomos de carbono).

Isomeria de compensação Na isomeria de compensação, também chamada de metameria, os isômeros diferem em relação à posição do heteroátomo, ou seja, do átomo diferente de carbono presente na cadeia carbônica. Essa situação pode ser interpretada como um caso específico de isomeria de posição. Para exemplificá-la, analise os isômeros de fórmula molecular C4H10O a seguir. Substância 1

Substância 2

Fórmula molecular

C4H10O

Fórmula condensada

H3CCH2OCH2CH3

H3COCH2CH2CH3

Função orgânica

Éter

Nome

Dietil éter

Metil propil éter

Fórmula estrutural tridimensional (imagens sem escala; cores fantasia).

LUIS MOURA

Exemplo de isômeros de compensação

As esferas pretas representam átomos de carbono, as esferas brancas, átomos de hidrogênio, e as esferas vermelhas, átomos de oxigênio. Note que ambas as substâncias são éteres de mesma fórmula molecular. Porém, analisando as fórmulas estruturais tridimensionais, pode-se verificar que o heteroátomo – átomo de oxigênio – está localizado em posições diferentes em cada molécula.

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12/11/2024 18:06

Tautomeria A tautomeria pode ser considerada um caso particular de isomeria de função, na qual os isômeros coexistem em equilíbrio dinâmico. No Tema anterior, foi estudado um exemplo, o equilíbrio entre enóis e cetonas ou entre enóis e aldeídos. Na tautomeria, diferentemente do que ocorre na isomeria de função, as substâncias diferentes existem em equilíbrio.

Isomeria espacial

REfliTA

Na isomeria espacial, a diferença entre os isômeros não está na ligação entre os átomos, como ocorre na isomeria plana, e sim na disposição espacial desses átomos na estrutura das moléculas. Há dois tipos de isomeria espacial: isomeria geométrica e isomeria óptica.

UNIDADE

Não escreva no livro.

2 Como é possível di-

ferenciar um objeto simétrico de um objeto assimétrico?

Isomeria geométrica Cl H H

Cl H H

ORACICART

Considere a fórmula estrutural da substância 1,2-dicloroetano representada a seguir.

LUIS MOURA

Note que a ligação simples entre os átomos de carbono permite a livre rotação da molécula no eixo da ligação. A energia necessária para que ocorra uma rotação em torno do eixo de uma ligação simples carbono-carbono é relativamente pequena, portanto os carbonos dessas ligações podem rotar livremente, mesmo à temperatura ambiente. Nesse caso, as diferentes fórmulas estruturais representam a mesma substância. Esses arranjos tridimensionais possíveis, que se convertem um no outro, de modo contínuo e espontâneo, são denominados isômeros conformacionais ou rotâmeros e apresentam energias potenciais diferentes entre si. Quando há uma ligação dupla entre os átomos de carbono, no entanto, essa rotação livre no eixo da ligação não é mais permitida. A energia necessária para que ocorra uma rotação em torno do eixo de uma ligação dupla C l C é alta, logo não é possível o intercâmbio entre uma configuração e outra. Para facilitar a compreensão desse impedimento de rotação causado pela ligação dupla, analise a seguir duas representações da molécula do but-2-eno. Note como a ligação dupla entre os carbonos possibilita dois arranjos possíveis para os grupos metil (- CH3). Essas duas estruturas representadas, uma denominada cis, e a outra, trans, por não poderem ser convertidas uma na outra de modo espontâneo, constituem substâncias diferentes, com propriedades físico-químicas distintas. Esse é um exemplo de isomeria geométrica.

Cis-but-2-eno

Trans-but-2-eno

Representação das moléculas de cis-but-2-eno e de trans-but-2-eno, nas quais as esferas pretas representam átomos de carbono, e as esferas brancas, átomos de hidrogênio. Os paralelogramos azuis representam planos imaginários que auxiliam na compreensão da diferença entre os arranjos tridimensionais dos dois isômeros (imagens sem escala; cores fantasia).

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Os termos cis e trans são utilizados como prefixos na nomenclatura de isômeros geométricos que se diferenciam pela posição de átomos ou grupos de átomos em relação a um plano imaginário. Cis vem do latim e significa “deste lado”. É utilizado quando os átomos ou os grupos de átomos iguais se encontram de um mesmo lado do plano. Trans também vem do latim e significa “através”. É utilizado quando os átomos ou os grupos de átomos iguais se encontram em lados opostos do plano. A isomeria cis-trans acíclica é característica dos alcenos ou de seus derivados e ocorre apenas quando cada átomo de carbono está ligado a um átomo de hidrogênio e a um substituinte R. De forma geral, as diferenças de propriedades físicas, como temperatura de ebulição, são pequenas entre esses isômeros, podendo aumentar com a presença de grupos polares.

FORMAÇÃO CiDADÃ

A Química na alimentação saudável Leia as informações a seguir e responda às atividades.

Gorduras trans Você já se perguntou o que realmente são as gorduras trans? Para entender essa questão, é preciso saber que as gorduras podem ser classificadas em dois tipos principais: saturadas, com ligações simples entre os átomos de carbono, e insaturadas, com uma ligação dupla ou mais entre os carbonos. No caso das gorduras insaturadas, há duas configurações distintas de isomeria geométrica: cis e trans. Quando as gorduras são do tipo cis, as moléculas têm uma forma não linear, o que facilita sua degradação no organismo. Já as gorduras trans têm uma estrutura linear e rígida, que as torna mais difíceis de serem processadas pelo corpo e favorece seu acúmulo nos vasos sanguíneos.

ALEX SILVA

De modo geral, quanto maior for o número de insaturações, menor será a superfície de contato, e mais fracas serão as interações intermoleculares entre as cadeias, reduzindo assim a chance de acúmulo de gordura nos vasos sanguíneos.

Gordura saturada H

O O

Gordura cis insaturada O

H O

H O O

H Gordura trans insaturada

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12/11/2024 18:06

UNIDADE

HOUCHI/SHUTTERSTOCK.COM ZÉ PAIVA/PULSAR IMAGENS

Apesar de as gorduras trans serem raras na natureza, elas são amplamente produzidas pela indústria alimentícia para modificar a textura e a durabilidade de alimentos industrializados, como margarinas, biscoitos, salgadinhos e fast foods. O consumo dessas gorduras é bastante associado a problemas de saúde, como o aumento do colesterol ruim (LDL), a redução do colesterol bom (HDL) e o aumento do risco de doenças cardiovasculares e de diabetes. Por isso, é sempre uma boa prática verificar os rótulos dos alimentos quando for comprá-los. Aqueles que indicam 0% de gorduras trans e não apresentam o aviso de alto teor de gorduras saturadas podem ser opções Desde 2006, os fabricantes precisam especificar na embalagem a quantidade mais saudáveis para o dia a dia. de gordura trans contida nos alimentos, aqueles com alto teor devem conter aviso. Alimentos orgânicos […] O produtor orgânico se dedica muito para poder entregar produtos com grande valor nutricional e livres de contaminação por agrotóxicos, medicamentos veterinários, transgênicos e tudo mais que possa pôr em risco a saúde das pessoas, dos animais e do meio ambiente. Ao adquirir produtos orgânicos, o consumidor leva para casa alimentos saudáveis, cultivados em sistemas produtivos livres de agrotóxicos e materiais sintéticos e contribui para o fortalecimento de um novo modelo de produção agropecuária e agroindustrial, em que se leva em conta diversas questões fundamentais à sobrevivência do planeta, como, por exemplo, a manutenção da quantidade e qualidade da água e a manutenção da biodiversidade. A sobrevivência e a qualidade de vida das gerações futuras dependem fundamentalmente de nossas práticas produtivas e de nossos hábitos de consumo. […]

VALDIR DE OLIVEIRA/FOTOARENA

BRASIL. Ministério da Saúde. O que são alimentos orgânicos. Brasília, DF: MS, 26 jan. 2022. Disponível em: https://www.gov.br/saude/pt-br/assuntos/saude-brasil/ eu-quero-me-alimentar-melhor/noticias/2017/o-quesao-alimentos-organicos. Acesso em: 14 out. 2024.

Horta agroecológica de produtos orgânicos em Quatro Barras (PR), 2023. AT¡v¡DaDeS

Não escreva no livro.

1. Pesquise quais alimentos contêm gorduras saturadas, insaturadas trans e insaturadas cis. 2. Você sabe o que é um alimento orgânico? Já comeu algum? 3. Como é possível identificar um alimento orgânico? 4. Pesquise locais de venda de alimentos orgânicos em sua cidade e converse com seus familiares

ou responsáveis sobre a possibilidade de substituir os alimentos não orgânicos consumidos em sua residência por alimentos orgânicos, além de evitar comprar alimentos ricos em gorduras saturadas e gorduras trans.

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ORACICART

A isomeria cis-trans também ocorre quando a ligação simples entre dois carbonos não pode girar livremente, pois esses carbonos fazem parte de uma cadeia cíclica. Nesse caso, há isomeria cis-trans cíclica. Acompanhe um exemplo de um derivado genérico do ciclobutano cujas moléculas estão representadas a seguir. R

R H

Cis

H R

Trans

Analisando as duas representações, nota-se que a posição das ligações do ciclobutano com os grupos substituintes R em relação aos outros átomos da molécula não pode ser alterada, resultando em duas substâncias distintas. Nesse caso também, quando os substituintes R estão do mesmo lado, o isômero é denominado cis; quando estão em lados opostos, o isômero é denominado trans.

Isomeria E/Z

ORACICART

As regras utilizadas na isomeria cis-trans não são suficientes para contemplar casos em que há mais de um substituinte em pelo menos um dos carbonos da ligação dupla. Acompanhe o exemplo a seguir. H3C

CH3

Cl H (E)-2-cloro-but-2-eno

ORACICART

Na molécula representada, cada átomo de carbono da ligação dupla apresenta dois substituintes. Nesse caso, não é possível definir se um isômero apresenta a configuração cis ou trans, pois os substituintes são diferentes. Para isso, uma nova classificação foi estabelecida, utilizando os prefixos E- (do termo em alemão entgegen, que significa “opostos”) e Z- (do termo em alemão zusammen, que significa “juntos”). Para definir qual prefixo será atribuído a cada isômero deve-se identificar os grupos substituintes de maior prioridade. Isso é feito com base nos números atômicos dos átomos ligados a cada átomo de carbono da ligação dupla. Caso os substituintes com maior número atômico estejam do mesmo lado, é atribuído o prefixo Z- ao isômero. Caso estejam em lados opostos, é atribuído o prefixo E-. Na representação anterior, para o carbono do lado esquerdo da ligação dupla, os substituintes são o grupo metil e o cloro. Entre eles, define-se como substituinte principal o cloro, pois seu número atômico (Z = 17) é maior do que o do carbono (Z = 6). No carbono do lado direito da ligação dupla, estão ligados um átomo de hidrogênio e um grupo metil. Nesse caso, o carbono é prioridade em relação ao hidrogênio. Logo, os substituintes com maior número atômico, ou seja, maior prioridade, estão em lados opostos, e o isômero representado é o E. De maneira análoga, o isômero Z pode ser representado pela seguinte fórmula estrutural. H 3C

Cl CH3 (Z)-2-cloro-but-2-eno

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UNIDADE

Isomeria óptica Ao analisar as mãos, pode-se verificar que uma é a imagem especular da outra. No entanto, as mãos não são simétricas, ou seja, não existe um plano imaginário capaz de dividi-las em duas partes iguais. Além disso, elas não são sobreponíveis. Por outro lado, quando é possível existir um plano imaginário que divida um objeto em duas partes iguais, diz-se que ele é simétrico.

Imagens especulares O objeto original (mão direita) e sua imagem especular (mão esquerda) não são sobreponíveis.

Imagem especular da mão direita, semelhante à mão esquerda

Mão direita

ALEX ARGOZINO

Espelho

O objeto original e sua imagem especular são sobreponíveis.

Imagem especular do frasco de laboratório

Frasco de laboratório

Representação de imagens especulares e plano de simetria (imagens sem escala; cores fantasia).

PAULO CÉSAR PEREIRA

Esses conceitos de simetria e assimetria podem ser utilizados para verificar se uma molécula apresenta isômeros ópticos. Se uma molécula for simétrica, ela e sua imagem especular serão sobreponíveis. Caso contrário, elas não serão sobreponíveis. Considere uma molécula simples, formada por um átomo de carbono e quatro substituintes, e um plano imaginário que a atravesse, dividindo-a em duas partes, como mostra a representação a seguir.

Não há plano de simetria. Todos os substituintes são diferentes.

Plano de simetria 2 substituintes iguais

Plano de simetria

3 substituintes iguais

4 substituintes iguais

Representação de quatro moléculas simples, formadas por um átomo de carbono (esfera preta) e quatro substituintes genéricos (demais esferas coloridas), e de planos imaginários que as atravessam (imagens sem escala; cores fantasia).

Note que, quando os quatro substituintes são diferentes, não há plano de simetria, pois a molécula não é dividida em duas partes iguais. Pode-se concluir, portanto, que essa molécula não é sobreponível à sua imagem especular e deve apresentar, por isso, isômero óptico. Os isômeros que são imagem especular um do outro, mas não são sobreponíveis, são denominados enantiômeros, ou isômeros ópticos.

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Quiralidade

COOH

Note que o carbono quiral (C*) apresenta quatro ligantes diferentes. Por existir um carbono quiral na estrutura da molécula, existirá um par de enantiômeros que são imagens especulares um do outro e não são sobreponíveis.

H3C

COOH

ORACICART

H3C

ORACICART

A propriedade que permite a ocorrência de isomeria óptica é a quiralidade do átomo de carbono. Um carbono assimétrico ou quiral apresenta quatro ligantes diferentes entre si. Em representações de moléculas orgânicas, é indicado por meio de um asterisco. O carbono quiral do ácido 2-hidroxipropanoico (ácido lático) está representado a seguir.

H3C OH

Representação do ácido 2-hidroxipropanoico e de sua imagem especular.

Propriedade dos enantiômeros

ILÊ COMUNICAÇÃO

Os isômeros ópticos são substâncias diferentes que apresentam as mesmas propriedades físico-químicas, não sendo possível diferenciá-las, por exemplo, por temperatura de fusão, ebulição ou densidade. A única propriedade que diferencia os enantiômeros é a capacidade de desviar o plano de luz polarizada. Enquanto um isômero óptico desvia a luz polarizada para a direita (sentido horário; usa-se o sinal de positivo entre parênteses), sendo denominado dextrogiro, o outro a desvia para o lado esquerdo (sentido anti-horário; usa-se o sinal de negativo entre parênteses), denominado levogiro. Esses enantiômeros são classificados como opticamente ativos. A mistura formada por quantidades equimolares de dois isômeros ópticos é chamada de mistura racêmica e não apresenta atividade óptica, sendo, portanto, opticamente inativa. Analise as informações de uma possível mistura racêmica de ácido lático. 50%

COOH

H3C

COOH

50%

CH3



(+)-ácido lático

(_)-ácido lático

Desvia o plano da luz polarizada para a direita.

Desvia o plano da luz polarizada para a esquerda.

Opticamente ativo

 Mistura racêmica não é opticamente ativa.

Representação de formação de mistura racêmica de ácido lático (imagem sem escala; cores fantasia).

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UNIDADE

AlGO A

A isomeria óptica e a atividade biológica Além de desviar a luz polarizada, os enantiômeros geralmente exibem propriedades biológicas diferentes, interagindo de forma distinta com as moléculas em organismos vivos, como as enzimas. Isso é particularmente relevante em fármacos que têm enantiômeros, pois há casos em que um deles é responsável pelo efeito terapêutico, enquanto o outro pode ser biologicamente inativo ou, em alguns casos, causar efeitos adversos prejudiciais ao organismo.

DPA PICTURE ALLIANCE ARCHIVE/ALAMY/FOTOARENA

Um exemplo notório desse fenômeno ocorreu na década de 1950 com o medicamento talidomida, administrado a mulheres grávidas para aliviar o enjoo matinal. Na época, não se sabia que apenas um dos enantiômeros da talidomida tinha efeito terapêutico, enquanto o outro era teratogênico, ou seja, causava malformações nos fetos. Esse episódio destacou a importância de compreender as ações individuais de cada enantiômero em fármacos, garantindo que apenas o isômero com o efeito desejado seja administrado, evitando potenciais danos à saúde. STIRNBERG, Bonifatius. [Vítimas da talidomida]. 2012. 2 esculturas, bronze.

As esculturas em memória das vítimas estão expostas em Stolberg (Alemanha).

Não escreva no livro.

1. A princípio, a isomeria pode parecer um conceito

puramente teórico, restrito ao campo da Química. No entanto, para entender melhor sua importância prática, faça uma pesquisa na internet usando as palavras-chave: enantiômeros e talidomida.

2. A talidomida é uma substância orgânica que foi inicialmente desenvolvida para ser usada como sedativo e anti-inflamatório. Ela foi administrada a mulheres gestantes, porém a talidomida tem isômeros com diferentes efeitos: a (R)-talidomida tem efeito calmante, enquanto a (S)-talidomida é teratogênica.

a) Faça uma pesquisa sobre efeitos teratogênicos e a história da talidomida. Em seguida, junte-se a um ou dois colegas para produzir um folheto informativo do assunto, mostrando como o conhecimento científico, em particular em isomeria, poderia ter evitado as más-formações ocorridas nas vítimas da talidomida. b) Com base nas estruturas dos dois isômeros da talidomida, indique qual é o tipo de isomeria que há entre eles.

DR. PIERRE-ALAIN BURNOUF/SHUTTERSTOCK.COM

AT¡v¡DaDeS

3. Durante a prática intensa de atividade física, o corpo pode produzir ácido lático, que, em quantidades elevadas, pode causar dores e fadiga muscular. O ácido lático existe em duas formas isoméricas: (+)-ácido lático e o (_)-ácido lático.

a) Qual deve ser o comportamento de um feixe de luz polarizada ao interagir com cada um desses isômeros? b) Pesquise por que a prática de musculação pode levar à formação de ácido lático no organismo.

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30 TEMA

ANDIKA NUR/ SHUTTERSTOCK.COM

Polímeros

Respostas e comentários deste Tema estão disponíveis nas Orientações para o professor.

Você já se perguntou sobre como materiais tão distintos, como plásticos, borrachas e fibras, podem ter algo em comum? Eles fazem parte de um grupo de materiais chamados polímeros, que estão presentes em muitos objetos do dia a dia, desde os mais simples até os mais complexos. A descoberta e o desenvolvimento dos polímeros transformaram a sociedade moderna, e eles se tornaram essenciais em diversos setores, como na indústria, na medicina e na tecnologia. Os polímeros são usados em embalagens, roupas, componentes de automóveis e até em dispositivos médicos, mostrando sua versatilidade e importância. Eles podem ser naturais, como a celulose e a borracha, ou sintéticos, como o náilon e o polietileno, encontrados em objetos comuns, como sacolas plásticas e roupas esportivas. Esses materiais são fundamentais para a fabricação de produtos leves, duráveis e de baixo custo. Ao longo deste Tema, serão abordados os polímeros e algumas de suas aplicações.

Os polímeros revolucionaram a sociedade moderna. Em pouco menos de um século, tornaram-se matéria-prima indispensável para uma série de indústrias e, ao mesmo tempo, um problema ambiental sistêmico.

REfliTA

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1 Existe um tamanho

máximo que as moléculas podem ter?

Unidades constituintes Na década de 1920, o químico alemão Hermann Staudinger (1881-1965) sugeriu, com base nos postulados apresentados por August Kekulé no século anterior, que deveria haver moléculas formadas por milhares de átomos ligados uns aos outros. Essa hipótese não foi prontamente aceita pela comunidade científica da época. No entanto, com as evidências experimentais obtidas por ele e outros cientistas, comprovou-se que essas moléculas de fato existiam. A partir dessa época, desenvolveu-se um ramo de estudo da Química que hoje é essencial para a sociedade: a química das macromoléculas. Essa classificação compreende grandes estruturas, de alta massa molecular, formada pela repetição de unidades constituintes menores, de baixa massa molecular. De acordo com a IUPAC, essas unidades podem ser conceituais ou reais.

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Classificação de unidades constituintes de macromoléculas Unidades constituintes Moléculas individuais presentes em arranjos macromoleculares

Unidades reais Moléculas idênticas em uma mesma macromolécula. Representam fielmente as unidades constituintes.

Unidade conceitual Um grupo de moléculas similares, que servem a um conceito definido. Nem sempre são idênticas na mesma macromolécula, embora pertençam ao mesmo grupo.

Representação esquemática de unidades constituintes de macromoléculas (imagem sem escala; cores fantasia).

A definição apresentada neste livro para polímeros é a utilizada pela IUPAC. Apesar disso, a classificação dos polímeros como substâncias é discutível. Isso porque as moléculas de um polímero não têm uma quantidade fixa de unidades; logo, também não têm massa atômica e fórmula química exatas. Assim, é comum considerar os polímeros como materiais, já que são formados por misturas de macromoléculas muito parecidas, mas que diferem em tamanho.

UNIDADE

Assim, pode-se dizer que os polímeros são macromoléculas formadas de unidades reais. Já os biopolímeros são macromoléculas formadas de unidades conceituais. A repetição de unidades reais nas macromoléculas confere aos polímeros propriedades que se mantêm estáveis, mesmo com algumas variações ou remoções de unidades estruturais. Em outras palavras, a repetição de unidades reais nos polímeros garante que suas características não sejam facilmente alteradas por pequenas modificações na estrutura. Nos biopolímeros, no entanto, a lógica é diferente. Mesmo pequenas alterações nas unidades conceituais, determinadas por sequências específicas, podem interferir em suas funções. Isso ocorre porque o arranjo exato das unidades conceituais define características essenciais para suas funções biológicas.

Materiais poliméricos

REfliTA

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ORACICART

Os polímeros não são definidos pelo tamanho de suas moléculas, já 2 Se os plásticos são tão necessários, que ele nem sempre é conhecido. Uma das dificuldades de conhecê-lo como utilizá-los de está relacionado ao fato de que o tamanho da molécula não é constante modo a minimizar nos materiais. Dessa forma, para descrever a estrutura de um polímero, os danos causados é preciso, primeiramente, saber de qual substância ele é formado. Essa ao ambiente? substância é chamada de monômero. O polipropileno, um dos polímeros produzidos em maior quantidade no mundo, é formado de monômeros de propileno (nomenclatura alternativa do propeno) e tem a seguinte estrutura. A

...

3 2

... 1

3 2

Representação estrutural do polipropileno (A), um polímero formado por monômeros de propileno (B).

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ORACICART

A utilização das reticências em ambos os extremos da cadeia polimérica, como a ilustrada anteriormente, indica que existem outras ligações nesses átomos, seguindo o padrão apresentado. Essa representação pode ser simplificada, como indicado a seguir. Na representação, n indica que há uma repetição de n vezes desse monômero. n

Estrutura de materiais poliméricos

...

ORACICART

Os materiais poliméricos podem ter diferentes estruturas moleculares. Essas estruturas são tão importantes para as propriedades dos materiais quanto os monômeros que lhes dão origem. Os polímeros mais simples são formados por macromoléculas que têm monômeros ligados uns aos outros apenas em uma direção, sendo chamados de lineares. O exemplo mais simples de polímero linear é o polietileno (PE), cuja estrutura é representada a seguir.

As cadeias poliméricas podem ser ramificadas, como no polipropileno, apresentado anteriormente. Outras arquiteturas possíveis são os polímeros bidimensionais ou tridimensionais, em que a própria cadeia cresce em diferentes direções. Além da variada arquitetura das macromoléculas, sua organização em um material polimérico pode ocorrer de maneiras distintas. A mais simples é um alinhamento paralelo entre as cadeias, que não cruzam umas com as outras. Já um alinhamento entrelaçado entre as cadeias resulta em polímeros menos flexíveis quando comparados àqueles cujas cadeias têm alinhamento paralelo. As estruturas entrelaçadas são mantidas pelas interações de Van der Waals entre as cadeias, que, além de afetarem a flexibilidade, influenciam outras propriedades, como a viscosidade do polímero no estado líquido. Além de cadeias poliméricas entrelaçadas, existem polímeros em que as cadeias se ligam covalentemente, processo denominado vulcanização e utilizado principalmente na produção de borrachas para conferir a elas maior resistência e elasticidade. Esse processo será estudado mais adiante neste Tema.

Nomenclatura dos polímeros Os polímeros podem ser nomeados segundo três critérios: o nome tradicional, a denominação com base nos monômeros de origem e a designação de acordo com a estrutura da macromolécula. No primeiro caso, utilizam-se os nomes comuns dos monômeros, e não os nomes sistemáticos (por exemplo, vinil, e não etenil). A atribuição dos nomes com base nos monômeros ou na macromolécula segue a regra fundamental de nomenclatura: não pode haver ambiguidade.

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UNIDADE

Todos os nomes começam com o prefixo poli-, que indica a repetição de várias unidades. Se necessário, o nome após o prefixo é colocado entre parênteses para indicar claramente a unidade repetidora. Muitas vezes, é utilizada apenas a sigla do polímero, derivada da designação tradicional em inglês. Como os nomes sistemáticos são relativamente complicados, mesmo para os polímeros mais simples, neste livro, serão usados os tradicionais, que também são os mais empregados. Nomes de alguns polímeros comuns Sigla

Nome tradicional

Nome com base na macromolécula

Nome com base nos monômeros

Polietileno

Poli(metileno)

Polieteno

Polipropileno

Poli(1-metiletano-1,2-di-il)

Polipropeno

Poliestireno

Poli(1-feniletano-1,2-di-il)

Poli(etenilbenzeno) ou poli(vinilbenzeno)

PVC

Policloreto de vinila

Poli(1-cloroetano-1,2-di-il)

Poli(cloroeteno)

PVAc

Poliacetato de vinila

Poli(1-acetoxietano-1,2-di-il)

Poli(etanoato de etenila)

PTFE

Politetrafluoretileno

Poli(difluormetileno)

Poli(tetrafluoroeteno)

Fonte: INTERNATIONAL UNION OF PURE AND APPLIED CHEMISTRY. Compendium of polymer terminology and nomenclature: IUPAC recommendations 2008. Cambridge: RSC Publishing, 2009. p. 260, 405. Tradução nossa.

Propriedades mecânicas dos polímeros A ampla variedade de polímeros possibilita a disponibilidade de adesivos específicos que se adéquam a vários materiais diferentes, como papéis, madeiras, tecidos, metais, plásticos e outros polímeros. A maioria das colas utilizadas é à base de polímeros. Nas colas brancas, a adesão entre duas superfícies ocorre após a evaporação do solvente, a água. Nas colas instantâneas, a polimerização dos monômeros acontece quando eles entram em contato com a umidade do ar. As colas epóxi funcionam pela aplicação de duas substâncias, vendidas separadamente, uma contém o monômero, e a outra promove a polimerização. As colas quentes, por outro lado, são vendidas previamente polimerizadas, porém são fundidas durante a aplicação e se solidificam em sua nova forma. Uma das revoluções tecnológicas pela qual a sociedade passou no século passado foi a expansão da utilização de moldes para objetos de diversos tamanhos e de várias formas. Assim, muitos objetos e ferramentas que eram feitos artesanalmente, utilizando-se madeira e metal, passaram a ser feitos de polímeros, entre os quais os plásticos. Os plásticos são materiais que podem ser moldados por calor ou por compressão. A maioria deles é feita de polímeros sintéticos, embora haja também alguns feitos de substâncias naturais.

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A produção de objetos utilizando plásticos pode ser feita em escala maior e em tempo menor se comparada aos processos que não utilizam esse tipo de material, o que diminui os custos de fabricação. A característica fundamental dos plásticos é a plasticidade. No entanto, nem todos os plásticos têm alta plasticidade. Muitos só são moldáveis quando fundidos, possibilitando sua distribuição em um molde. Quando a natureza do polímero só permite que ele passe por esse processo uma única vez, ele é classificado como termofixo. Esses materiais se decompõem quando se fundem uma segunda vez. Em contrapartida, aqueles que podem ser aquecidos e moldados mais vezes são classificados como termoplásticos.

ITSANAN/SHUTTERSTOCK.COM

Em Química, o termo plasticidade se refere à capacidade de um material sólido se deformar irreversivelmente sob pressão, sem se romper.

EDITORIA DE ARTE

SOBRE

O O

CH2

Na fabricação de garrafas PET, pequenos tubos espessos são colocados em um molde e preenchidos com ar quente. No destaque, a fórmula estrutural simplificada do politereftalato de etileno, o polímero conhecido por PET.

Elasticidade

O neoprene é um elastômero sintético, utilizado em roupas confeccionadas para esportes, como o surfe. Na imagem, a surfista brasileira Tatiana Webb durante os Jogos Olímpicos de Paris. Teahupo'o (Polinésia Francesa), 2024.

ED SLOANE/GETTY IMAGES

A elasticidade consiste na capacidade de um material sólido se deformar e retornar posteriormente à sua forma inicial. Essa é uma propriedade que caracteriza muitos materiais conhecidos, em especial os elastômeros, popularmente chamados de borrachas. Esses polímeros são utilizados nos mais diversos objetos, e, muitas vezes, sua presença na constituição de determinado material nem é percebida. Existem diversos tipos de elastômero. Os primeiros elastômeros desenvolvidos eram de origem natural, sintetizados do látex, extraído de plantas como a seringueira (Hevea brasiliensis). O látex, por ser um produto natural, é uma mistura de várias substâncias diferentes e de moléculas que podem ser polimerizadas para a produção da borracha. Já os elastômeros sintéticos geralmente são fabricados de monômeros derivados do petróleo.

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UNIDADE

FORMAÇÃO CiDADÃ

Chico Mendes e a luta pela preservação de seringueiras nativas RICARDO AZOURY/PULSAR IMAGENS

No Brasil, o assunto da extração de látex de seringueiras está associado ao nome de Chico Mendes, como ficou conhecido o ativista e ambientalista brasileiro Francisco Alves Mendes Filho (1944-1988), nascido na cidade de Xapuri (AC). O reconhecimento internacional pelo seu ativismo ambiental, calcado na luta pela preservação das seringueiras nativas, provocou o descontentamento daqueles que praticavam o desmatamento em busca de maiores lucros.

A extração do látex é um processo manual, que deve ser feito de forma sustentável.

Em 22 de dezembro de 1988, Chico Mendes foi assassinado na casa dele. Em 2007 foi criado, pela lei no 11.516, de 28 de agosto de 2007, o Instituto Chico Mendes de Conservação da Biodiversidade (ICMBio), uma autarquia em regime especial, vinculada ao Ministério do Meio Ambiente, que integra o Sistema Nacional do Meio Ambiente (Sisnama). O instituto tem como principal objetivo elaborar e implementar políticas públicas que protejam o ambiente e que promovam o desenvolvimento sustentável, tanto social como economicamente. AT¡v¡DaDeS

RICARDO AZOURY/PULSAR IMAGENS

Chico Mendes foi alfabetizado aos 19 anos. Na década de 1970, começou a ficar conhecido por sua luta em defesa da posse de terra pelos nativos da região e contra o desmatamento da floresta, que era a fonte de subsistência de muitos seringueiros da Bacia Amazônica. Foi eleito vereador de Xapuri em 1977, quando passou a receber ameaças de morte. Sua liderança pela preservação da floresta atingiu fama internacional, atraindo a visita de uma comissão da ONU a Xapuri e levando-o a receber o Prêmio Global 500 da ONU para iniciativas ambientais.

A casa de Chico Mendes é um local aberto à visitação. Xapuri (AC), 2022.

Não escreva no livro.

1. Por que Chico Mendes recebeu fama internacional ao realizar algo aparentemente tão simples e pontual? Pesquise sobre essa questão em reportagens atuais.

2. Pesquise sobre o uso do látex da Amazônia na produção de luvas cirúrgicas hipoalergênicas,

busque projetos desenvolvidos em universidades a respeito desse tema e escreva, no caderno, um pequeno texto resumindo as informações que encontrou.

3. Pesquise sobre o ciclo da borracha na Amazônia e escreva um conto que explore aspectos históricos e sociais desse processo.

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Os pneus de automóveis precisam resistir ao constante atrito com o asfalto e às altas temperaturas desse contato e do próprio pavimento. Por isso, a borracha utilizada nesses objetos é vulcanizada.

Em virtude da vulcanização, muitas borrachas podem ser consideradas uma única molécula, pois todos os átomos estão unidos a uma mesma estrutura por ligações covalentes. A vulcanização torna o polímero muito mais estável e resistente, sendo essencial, por exemplo, se a borracha for utilizada na fabricação de objetos que serão submetidos a esforços mecânicos e térmicos consideráveis, como os pneus de automóveis. Normalmente, a vulcanização é realizada pela adição de enxofre às macromoléculas. Na presença de um catalisador, alguns átomos de hidrogênio dessas macromoléculas são substituídos por átomos de enxofre. Como os átomos de enxofre podem fazer duas ligações covalentes, eles fazem ligações entre si, conhecidas por pontes de enxofre ou ligações dissulfeto. Em geral, esses processos são irreversíveis, pois as ligações entre o carbono e o enxofre não se desfazem com facilidade. Assim, as borrachas são consideradas materiais termofixos, o que dificulta consideravelmente a reciclagem desses materiais, já que não podem ser derretidos e moldados novamente, como acontece com os materiais termoplásticos.

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SHINE.GRAPHICS/SHUTTERSTOCK.COM

Vulcanização

Representação de ligações covalentes (pontos amarelos) estabelecidas entre as cadeias poliméricas no processo de vulcanização. A representação mostra as cadeias apenas em duas dimensões, mas o processo químico ocorre de forma tridimensional (imagem sem escala; cores fantasia).

Copolímeros

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As macromoléculas podem ser formadas por dois ou mais tipos de unidade real que não fazem parte de um mesmo grupo conceitual. Os materiais formados desse modo são chamados copolímeros. Acompanhe a seguir uma representação de copolímero alternado. Os símbolos diferentes indicam unidades derivadas de monômeros que não fazem parte do mesmo grupo conceitual.

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UNIDADE

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Os copolímeros desse tipo têm um padrão claro de repetição; por isso, muitas vezes, eles são tratados como polímeros comuns, nos quais a unidade de repetição é derivada da ligação entre os dois monômeros diferentes. Um exemplo de copolímero é a borracha de nitrila-butadieno, também chamada de buna-N ou simplesmente nitrila. Os copolímeros também podem ter mais de duas unidades. Um exemplo é o acrilonitrila-butadieno-estireno, comumente chamado de ABS (sigla originada do nome em inglês, Acrylonitrile-Butadiene-Styrene), produzido de três monômeros. Acompanhe as fórmulas estruturais dos monômeros utilizados na produção de plástico ABS.

N Butadieno

Acrilonitrila

Estireno

NENOV BROTHERS IMAGES/SHUTTERSTOCK.COM

O plástico ABS tem ampla aplicação na indústria, como na produção de peças de acabamento interno e externo de automóveis, brinquedos, carcaças de eletroeletrônicos (como celulares, telefones e equipamentos de informática) e muitos outros objetos.

Boa parte dos brinquedos feitos de plástico utilizam o ABS como matéria-prima.

Reações de polimerização Não

Na produção de polímeros sintéticos, são realizadas reações de poliescreva REfliTA no livro. merização, nas quais as moléculas de monômero se ligam umas às outras, 3 O crescimento de formando as macromoléculas. uma planta tem alEm razão do mecanismo da reação de polimerização, das condições do guma relação com meio e da presença de catalisadores e de aditivos, as cadeias podem crescer a polimerização? de duas maneiras. A polimerização em cadeia ocorre quando os monômeros são adicionados um a um à macromolécula. Esse tipo de polimerização é mais comum quando os monômeros se unem por reação de adição (abordada a seguir). Quando ocorre a polimerização em etapas, os monômeros reagem uns com os outros, formando moléculas com pequenos números de unidades, como dímeros, trímeros e tetrâmeros (também chamados de oligômeros). Essas moléculas, por sua vez, reagem entre si, formando blocos cada vez maiores. Esse tipo de crescimento é característico dos monômeros que reagem por condensação (abordada mais adiante).

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Reações de adição

cat

Cl 9 atm, 60 °C

Cloreto de vinila

SELMA CAPARROZ

A reação de adição ocorre quando o monômero tem pelo menos uma ligação dupla ou tripla que, durante a reação química, torna-se simples ou dupla, respectivamente, disponibilizando um par de elétrons para que ele possa se unir a outro monômero. A reação de produção do policloreto de vinila (PVC), plástico muito empregado na fabricação de encanamentos, tubos e utensílios diversos, é de adição. Nela, as moléculas do monômero cloroeteno ou cloreto de vinila reagem umas com as outras. Nesse caso, as ligações duplas são convertidas em ligações simples pela junção a outros monômeros iguais, como representado a seguir. H

Cl n

Policloreto de vinila

Reações de condensação

ORACICART

A reação de condensação resulta na liberação de uma molécula menor, geralmente de água. A maioria dos polímeros de condensação é formada pela reação entre dois monômeros diferentes, e cada um deles tem duas unidades de um dos grupos necessários para iniciar o processo. Nos poliésteres, por exemplo, os grupos hidroxila reagem com os grupos ácido carboxílico, produzindo ésteres e liberando moléculas de água. Acompanhe a representação estrutural da reação de produção de um poliéster genérico. n HO

R’

R’’ O

R’

R’’ +

2n H2O

n H2N

(CH2)6

NH2 + n HO

Hexano-1,6-diamina

(CH2)4 C

Ácido hexanodioico

O nome náilon é dado a diversos polímeros de poliamida, e não a um único material. Por isso, foi criada uma nomenclatura específica para eles, que indica o número de carbonos em cada monômero, ou seja, seis para ambos os monômeros do náilon-6,6.

(CH2)6 N

(CH2)4 C

+ n H2O

Náilon-6,6

MUT HARDMAN/ SHUTTERSTOCK.COM

SELMA CAPARROZ

Nessa reação genérica, pode-se observar que ambos os grupos R’ e R’’, característicos de cada monômero, são mantidos na estrutura do polímero. Um exemplo de polímero de condensação é o náilon-6,6, produzido pela polimerização de dois monômeros: o hexano-1,6-diamina e o ácido hexanodioico. Acompanhe a representação da reação de polimerização para formação do náilon-6,6, uma poliamida.

O náilon é utilizado na confecção de barracas de acampamento.

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Essas reações de polimerização ocorrem em condições de equilíbrio. Na produção industrial, busca-se favorecer a formação do produto para aumentar o rendimento dos processos. Por isso, durante a produção de polímeros de condensação, um procedimento importante é a remoção de subprodutos, como a água. Quando essas substâncias são retiradas do sistema, o equilíbrio químico é deslocado para favorecer a polimerização, aumentando o rendimento do processo.

AT¡v¡DaDeS

UNIDADE

Não escreva no livro.

1. Com base no esquema a seguir, indique, no caderno, o tipo de macromolécula for(1)

3 unidades conceituais

(2)

12 unidades reais

ORACICART

mado em (1), (2) e (3).

(3)

2. Analise seu material escolar e outros objetos ao seu redor que sejam feitos de materiais poliméricos. Caracterize-os quanto à plasticidade e à elasticidade, realizando testes de deformação com as próprias mãos.

3. O nome tradicional do polímero ABS é derivado dos nomes dos seus monômeros. Com

base nas suas estruturas moleculares, escreva, em seu caderno, o nome sistemático de acordo com as regras da IUPAC para cada um desses monômeros.

4. O ácido polilático, conhecido como PLA, tem sido muito utilizado no processo de impres-

são 3D no lugar do ABS, que é um derivado do petróleo. Por ser um material mais fácil de manipular, seu uso possibilita que várias pessoas se iniciem no universo da impressão 3D sem tanta dificuldade. Além disso, é um polímero produzido a partir de vegetais, como o milho e a cana-de-açúcar. a) Comparando as características dos dois polímeros apresentados, explique qual deles é mais adequado para o uso sustentável. b) Sabendo que a fórmula molecular do poli(ácido láctico) (PLA) é (C3H4O2)n, represente a estrutura desse polímero.

5. Com base no que estudou sobre os polímeros, escreva um parágrafo, em seu caderno,

apresentando a importância deles para o desenvolvimento dos transportes, da área médica e da indústria.

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ORGAN¡ZANDO AS ¡De¡AS Analise o esquema a seguir, que apresenta e relaciona os principais conceitos estudados nesta Unidade. Tautomeria Compensação

Óptica

Posição Geométrica Cadeia

Ácidos carboxílicos Aldeídos e cetonas

Espacial

Função

Éteres

Plana

Fenóis

Amidas

Enóis

Isomeria

Aminas

Funções nitrogenadas

Ésteres

Álcoois

Química Orgânica

Funções oxigenadas

Hidrocarbonetos

Polímeros

Haletos orgânicos

Alcanos

Reações de polimerização

Alcenos

Alcinos Hidrocarbonetos de cadeia fechada

Cicloalcenos

ALEX ARGOZINO

Alcadienos

Cicloalcanos Hidrocarbonetos aromáticos

Imagens ilustrativas e sem escala; cores fantasia.

Benzeno

Não escreva no livro.

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UNIDADE

AT¡v¡DADeS COMPleMeNTAReS Respostas e comentários estão disponíveis nas Orientações para o professor.

Tema 25 – Introdução à Química Orgânica

1. (Fatec-SP) Um dos medicamentos mais utilizados O CH3

CH2

SO3H

EDITORIA DE ARTE

para o tratamento do alcoolismo é o acamprosato, cuja estrutura está representada na figura.

Observando a fórmula estrutural do acamprosato, é correto afirmar que esse composto é: a) inorgânico, formado por 3 elementos químicos. b) inorgânico, formado por 4 elementos químicos. c) inorgânico, formado por 5 elementos químicos.

Não escreva no livro

— Senhora Emília, explique-me o que é hidrocarboneto. A atrapalhadeira não se atrapalhou e respondeu: — São misturinhas de uma coisa chamada hidrogênio com outra coisa chamada carbono. Os carocinhos de um se ligam aos carocinhos de outro.

Nesse trecho, a personagem Emília usa o vocabulário informal que a caracteriza. Buscando-se uma terminologia mais adequada ao vocabulário utilizado em Química, devem-se substituir as expressões “misturinhas”, “coisa” e “carocinhos”, respectivamente, por: a) compostos, elemento, átomos.

d) orgânico, formado por 4 elementos químicos.

b) misturas, substância, moléculas.

e) orgânico, formado por 5 elementos químicos.

c) substâncias compostas, molécula, íons.

Minamata”, nome derivado de uma cidade costeira do Japão, passou a ser referência para estudos sobre contaminação por mercúrio (Hg). Diferentes espécies de Hg estão presentes na natureza, mas ações antrópicas como desmatamentos, queimadas e, principalmente, garimpos aumentam a concentração dessas espécies no meio ambiente. Esses contaminantes têm efeito biocumulativo e costumam causar alterações graves e permanentes no sistema nervoso central, além de implicações renais, cardíacas, dentre outras. No que se refere ao metilmercúrio [MeHg]+, essa espécie química pode ser classificada como:

d) misturas, substância, átomos. e) compostos, íon, moléculas.

4. (UFG-GO) A fórmula de um alcano é CnH2n+2, onde n é um inteiro positivo. Neste caso, a massa molecular do alcano, em função de n, é, aproximadamente: a) 12n. b) 14n. c) 12n + 2. d) 14n + 2. e) 14n + 4.

5. (PUC-RJ) ORACICART

2. (UFGD-MS) A partir de 1956, a “Doença de

a) molécula orgânica. b) composto com dois átomos de carbono. c) metal de transição. d) uma amálgama.

Segundo as regras da IUPAC, a nomenclatura do composto representado anteriormente é:

e) organometálica.

a) 2-etil-hex-1-ano.

Tema 26 – Os hidrocarbonetos

3. (Fuvest-SP) Na obra O poço do Visconde, de Monteiro Lobato, há o seguinte diálogo entre o Visconde de Sabugosa e a boneca Emília:

b) 3-metil-heptano. c) 2-etil-hept-1-eno. d) 3-metil-hept-1-eno. e) 3-etil-hept-1-eno.

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Tema 27 – Grupos funcionais, funções nitrogenadas e haletos orgânicos

CHO

6. (UEPA) A imensa flora das Américas deu significati-

vas contribuições à terapêutica, como a descoberta OH da lobelina (figura a seguir), molécula polifuncionaliCHO zada isolada da planta Lobelia nicotinaefolia e usada por tribos indígenas que fumavam suas folhas (2) (3) secas para aliviar os sintomas da asma.

Qual substância o empresário deverá utilizar? a) 1. c) 3. e) 5. b) 2.

8. (UEMA) A bactéria anaeróbia Clostridium botu-

CH3

linum é um habitante natural do solo que se introduz nos alimentos enlatados mal preparados e provoca o botulismo. Ela é absorvida no aparelho digestivo e, cerca de 24 horas, após a ingestão do alimento contaminado, começa a agir sobre o sistema nervoso periférico causando vômitos, constipação intestinal, paralisia ocular e afonia. Uma medida preventiva contra esse tipo de intoxicação é não consumir conservas alimentícias que apresentem a lata estufada e odor de ranço, devido à formação da substância CH3CH2CH2COOH. O composto químico identificado, no texto, é classificado como:

Lobelina

Sobre a estrutura química da lobelina, é correto afirmar que: a) possui uma amina terciária. b) possui um aldeído. c) possui um carbono primário. d) possui uma amida. e) possui um fenol.

Tema 28 – Funções oxigenadas

7. (Enem/MEC) Um microempresário do ramo de

(1)

CHO (2)

(3)

(4)

e) éter.

uma árvore, algumas plantas produzem uma secreção chamada resina, que é de muita importância para a cicatrização das feridas da planta, para OH matarCHO insetos e fungos, permitindo a eliminação de acetatos desnecessários. Um dos exemplos OH é o ácido abiético, CHO mais importantes de resina (4) (3) cuja fórmula estrutural é apresentada a seguir. OH

CHO CHO (2)

b) aldeído.

9. (FMP-RJ) Quando um talho é feito na casca de

(2)

d) éster.

Tema 29 – Isomeria

(1)

a) cetona. c) ácido carboxílico.

cosméticos utiliza óleos essenciais e quer produzir um creme com fragrância de rosas. O principal componente do óleo de rosas tem cadeia poli-insaturada e hidroxila em carbono terminal. O catálogo dos óleos essenciais apresenta, para escolha da essência, estas estruturas químicas:

d) 4.

H3 C (4)

(3)

(5)

CH3

H3 C

CH3

CHO

(5)

ORACICART

(5)

(4)

ORACICART

(1)

(5)

COOH

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UNIDADE

Um isômero de função mais provável desse composto pertence à função denominada: a) amina. d) éter. b) éster.

c) aldeído.

e) cetona.

10. (Enem/MEC) O estudo de compostos orgânicos permite aos analistas definir propriedades físicas e químicas responsáveis pelas características de cada substância descoberta. Um laboratório investiga moléculas quirais cuja cadeia carbônica seja insaturada, heterogênea e ramificada. A fórmula que se enquadra nas características da molécula investigada é: a) CH3 - (CH)2 - CH(OH) - CO - NH - CH3. b) CH3 - (CH)2 - CH(CH3) - CO - NH - CH3. c) CH3 - (CH)2 - CH(CH3) - CO - NH2. d) CH3 - CH2 - CH(CH3) - CO - NH - CH3. e) C6H5 - CH2 - CO - NH - CH3.

11. (Cefet-MG) O ácido butanoico é um composto orgânico que apresenta vários isômeros, entre eles

substâncias de funções orgânicas diferentes. Considerando ésteres e ácidos carboxílicos, o número de isômeros que esse ácido possui é: a) 3.

d) 7.

a) e)a) 8. OH OH

b) 4. c) 5.

12. (UERJ) Em um experimento, foi analisado o efeito do número de átomos de carbono sobre a solu-

b) b)

OH OH

c) c)

d)d)

OH OH

ORACICART

bilidade de álcoois em água, bem como sobre a quiralidade das moléculas desses álcoois. Todas as b) b) OHcarbono variando de 2 a 5, e cadeias moléculas de álcoois testadas tinham número de átomos de OH carbônicas abertas e não ramificadas. Entre os álcoois utilizados contendo um centro quiral, aquele de maior solubilidade em água possui fórmula estrutural correspondente a: a)

OH OH

c) c)

Tema 30 –OH Polímeros OH

13. (PUC-PR) O poliestireno (PS) é um polímero muito utilizado na fabricação de recipientes de plásticos, tais como: copos e pratos descartáveis, pentes, equipamentos de laboratório, partes internas de geladeiras, além do isopor (poliestireno expandido). Este polímero é obtido na polimerização por adição d) d) OH OH (vinilbenzeno). A cadeia carbônica deste monômero é classificada como sendo: do estireno a) Normal, insaturada, homogênea e aromática.

b) Ramificada, insaturada, homogênea e aromática. c) Ramificada, saturada, homogênea e aromática. d) Ramificada, insaturada, heterogênea e aromática. e) Normal, saturada, heterogênea e alifática.

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InTEGranDO COm... BIOLOGIA

A Química Orgânica e o tratamento de efluentes

ANDRE DIB/PULSAR IMAGENS

Você já se perguntou o que acontece com os resíduos produzidos pelos seres humanos nas suas residências? Leia, a seguir, o trecho de uma reportagem sobre a produção de resíduos. Num país continental como o Brasil, de população superior a 210 milhões de habitantes, cada pessoa produz, em média, 343 kilos de lixo, por ano: no total, cerca de 80 milhões de toneladas de resíduos. O número não seria tão impactante para o meio ambiente e a economia, se tanto resíduo fosse reaproveitado ou reciclado. Mas, no Brasil, somente 4% passa por esse processo, segundo a Abrelpe, Associação Brasileira de Empresas de Limpeza Pública e Resíduos Especiais. Para o diretor-executivo da organização não governamental, Menos 1 Lixo, Wagner Andrade, o alto custo da reciclagem, no país, explica a taxa tão baixa. […] A falta de reciclagem adequada também prejudica o meio ambiente: 40% de tudo que se produz de resíduo no país é destinado a aterros controlados ou lixões a céu aberto, locais inadequados para a destinação. A professora da Faculdade de Engenharia Civil e Arquitetura da Unicamp, Emília Rutkowski, explica que os aterros, apesar de mais controlados que os lixões, ainda são espaços impróprios. […] Metade das cidades brasileiras não têm políticas de reciclagem e nem aterros sanitários. […] […] Os lixões a céu aberto são a pior forma de destinação de resíduos e ainda estão em metade das cidades do país. O que gera a proliferação de bactérias, a propagação de doenças, contaminação, e causa impactos ambientais, como a contaminação de águas subterrâneas. MORENO, Sayonara. Brasil gera cerca de 80 milhões de toneladas de resíduos por ano. Radioagência, Brasília, DF, 3 abr. 2023. Disponível em: https://agenciabrasil.ebc.com.br/radioagencia-nacional/meio-ambiente/audio/2023-04/brasil-geracerca-de-80-milhoes-de-toneladas-de-residuos-por-ano. Acesso em: 15 out. 2024.

Lixão a céu aberto. Santarém (PA), 2023.

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UNIDADE

MARIO FRIEDLANDER/PULSAR IMAGENS

Talvez você não saiba, mas o volume de resíduos que se costuma considerar não inclui os despejados diretamente no ambiente, como em rios, lagos ou sistemas de esgoto. Esses resíduos, gerados de atividades humanas, industriais, agrícolas ou domésticas, são conhecidos por efluentes. Nas residências, os efluentes domésticos são principalmente derivados da água usada em cozinhas e banheiros. Para evitar danos ecológicos, esses efluentes precisam ser tratados antes de serem lançados no ambiente. O tratamento é realizado pelas estações de tratamento de efluentes, que removem poluentes e tornam o líquido menos nocivo à natureza. Esses processos são fundamentais para preservar os recursos hídricos e reduzir o dano causado ao ambiente pelas atividades humanas. Uma das técnicas mais promissoras para o tratamento de efluentes é a fotocatálise. Nesse método, a luz solar desempenha um papel fundamental, ativando catalisadores como o dióxido de titânio (TiO2). Esses catalisadores aceleram as reações químicas que decompõem os poluentes orgânicos, tornando a água mais limpa. A fotocatálise, assim, aproveita um recurso natural – a luz do Sol – para mitigar os efeitos negativos dos resíduos despejados no ambiente.

Estação de tratamento de efluentes de curtume. Itaúba (MT), 2021. Agora, faça o que se pede em cada item.

Respostas e comentários estão disponíveis nas Orientações para o professor.

Não escreva no livro.

1. Pesquise, em fontes confiáveis, outros tipos de efluentes produzidos pelos seres humanos. Identifique e descreva alguns processos químicos usados para tratá-los e reduzir os danos ambientais.

2. Como a Química Orgânica contribui para o tratamento de efluentes e quais são os danos ambientais evitados com o uso de técnicas como a fotocatálise?

3. Considerando o conceito de reconhecimento de padrões, uma estratégia de pensamento computacional, como ele pode ser aplicado para otimizar o tratamento de efluentes utilizando a fotocatálise?

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UNIDADE

A QUÍMICA E A SOCIEDADE

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Ao longo dos séculos, os veículos mudaram o modo como as pessoas se locomovem. O uso de tração animal foi substituído por motores, revolucionando diversos tipos de transporte. Atualmente, além dos motores a combustão, os motores elétricos estão ganhando cada vez mais espaço na fabricação de automóveis, pois são alternativas mais sustentáveis e eficientes. A evolução dos veículos continua a moldar a mobilidade e as tecnologias do futuro. A imagem mostra um carro elétrico sendo carregado. Não escreva no livro.

Respostas e comentários estão disponíveis nas Orientações para o professor.

1. Você sabe quais reações químicas ocorrem no motor a combustão? Como essas reações fazem o carro se mover?

2. E quanto ao motor elétrico, que reações ocorrem nele e como elas

OWLIE PRODUCTIONS/SHUTTERSTOCK.COM

geram energia para movimentar os carros?

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TEMA

Funções inorgânicas Respostas e comentários deste Tema estão disponíveis nas Orientações para o professor.

EDSON GRANDISOLI/ PULSAR IMAGENS

Alguns gases, como o dióxido de enxofre e o óxido de nitrogênio, quando liberados na atmosfera por causa de emissões industriais, reagem com a água presente nas nuvens e formam ácidos que caem na Terra com a chuva, causando danos a monumentos, matando plantas e poluindo rios. No entanto, nem todo ácido é nocivo. Alguns são fundamentais para a vida, como o ácido ascórbico, mais conhecido como vitamina C, encontrado nas frutas cítricas. Os ácidos correspondem a um grupo de substâncias com características comuns: têm sabor azedo, reagem com metais e alteram a cor de certos indicadores. Eles estão por toda parte, não só na chuva ácida mas também no vinagre, nas baterias e até no estômago dos seres vivos. Mas o mundo das funções inorgânicas vai além dos ácidos. As bases, os sais e os óxidos também têm papéis importantes em diversas reações químicas e no cotidiano. As bases, por exemplo, estão nos antiácidos e nos produtos de limpeza. Já os sais, além de temperar alimentos, desempenham funções vitais no organismo. Por fim, os óxidos participam de processos diversos, como a respiração celular e a formação da ferrugem. Neste Tema, serão abordadas essas funções inorgânicas.

Óxidos

Ao longo dos séculos, diversas substâncias da classe dos óxidos foram estudadas (há indícios de que óxidos já eram conhecidos pelos alquimistas). Estátua de metal Mas foi no século XVIII, com o avanço no estudo dos gases, que o dióxido manchada por de carbono (CO2) recebeu atenção especial. O químico francês, naturalizado ação da chuva escocês, Joseph Black (1728-1799) foi um dos pioneiros no estudo desse ácida. Rio de Janeiro (RJ), gás, reconhecendo sua importância em várias reações químicas. 2022. Na natureza, encontram-se óxidos em diferentes formas. Dois exemplos comuns são a água (H2O), que é um óxido de hidrogênio, e o já mencionado dióxido de carbono. Além disso, muitos metais utilizados no dia a dia são Não escreva extraídos de minérios que contêm óxidos. Os processos de redução transREfliTA no livro. formam esses óxidos em metais puros, essenciais para diversas indústrias. 1 Você já deve ter notado que Outros óxidos, como os de nitrogênio e de enxofre, também estão preobjetos feitos de ferro ensentes na atmosfera de forma natural, mas, quando gerados em grande ferrujam e que as maçãs quantidade por atividades antropogênicas, são considerados poluentes escurecem ao serem coratmosféricos. Essas substâncias, em grandes concentrações, contribuem tadas e deixadas expostas ao ar. Como você explicaria para problemas ambientais, como o efeito estufa e a chuva ácida, o que esses fenômenos? revela a importância de estudá-las e de regular sua produção.

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Assim, um óxido é uma substância binária, ou seja, formada por átomos de dois elementos químicos, sendo que um deles, necessariamente, é o oxigênio. O oxigênio apresenta a segunda maior eletronegatividade entre os elementos. Um dos motivos de os átomos de oxigênio formarem substâncias com diversos elementos químicos é essa alta eletronegatividade.

UNIDADE

Óxidos iônicos Os óxidos mantidos por ligações iônicas, chamados óxidos iônicos, apresentam a seguinte fórmula geral. Ex+ O2_ E2Ox Na equação, E corresponde a um átomo do elemento menos eletronegativo ligado ao átomo de oxigênio; o índice 2, à carga do íon oxigênio; e o índice x, à carga do íon do elemento E. Quando x é par, os coeficientes são simplificados para que se obtenha a fórmula mínima. Em geral, em óxidos iônicos, E corresponde a um átomo de um metal. Dessa forma, a nomenclatura é feita da seguinte maneira.

Óxido de + nome do metal

Metal com valência fixa: Metais alcalinos e prata H +1 Metais alcalinoterrosos e zinco H +2 Alumínio H +3 Exemplos: Na2O – óxido de sódio Ag2O – óxido de prata CaO – óxido de cálcio ZnO – óxido de zinco Al2O3 – óxido de alumínio

Óxido de + nome do metal + + valência do metal em símbolos romanos entre parênteses Metal com valência variável: Ouro H +1, +3 Cobre H +1, +2 Ferro H +2, +3 Chumbo H +2, +4 Exemplos: Au2O3 – óxido de ouro(III) Cu2O – óxido de cobre(I) Fe2O3 – óxido de ferro(III) PbO2 – óxido de chumbo(IV)

No caso de óxidos de metais com mais de uma valência, ainda é encontrada a nomenclatura em que se usa: óxido + raiz do nome do metal em latim + sufixo -ico (valência maior) ou óxido + raiz do nome do metal em latim + sufixo -oso (valência menor). O óxido de ferro(III) pode ser chamado então de óxido férrico, e o óxido de ferro(II), de óxido ferroso.

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Óxidos moleculares Os óxidos em que o oxigênio se liga covalentemente com o átomo do outro elemento, formando moléculas, são chamados de óxidos moleculares. Em geral, o outro elemento, nesses casos, é um não metal. Acompanhe um resumo da nomenclatura deles. Nomenclatura de alguns óxidos moleculares Não metal Carbono Enxofre

Nitrogênio Silício

Fórmula

Nomenclatura

CO2

Dióxido de carbono

Monóxido de carbono

SO3

Trióxido de enxofre

SO2

Dióxido de enxofre

NO2

Dióxido de nitrogênio

Monóxido de nitrogênio

N2O

Monóxido de dinitrogênio

SiO2

Dióxido de silício

Como a água (H2O) pode ser classificada como um óxido molecular, sua nomenclatura oficial é, portanto, monóxido de di-hidrogênio.

Peróxidos

TARUMÃ

Os peróxidos são formados pelos elementos hidrogênio, prata, metais alcalinos e alcalinoterrosos e a espécie química O22_. Nesse caso, apenas o H2O2 é molecular, os demais peróxidos são iônicos. Neles, há dois átomos de oxigênio ligados diretamente um ao outro por meio de ligação covalente simples. Vale salientar que os índices nas fórmulas dos peróxidos não podem ser simplificados. Os peróxidos inorgânicos são substâncias nas quais o oxigênio apresenta uma valência igual a 1, sendo diferente da valência dos demais óxidos, em razão da presença do grupo O22_. Hidrogênio

Oxigênio

Representação tridimensional da molécula de H2O2 que constitui a substância conhecida como água oxigenada (imagem sem escala; cores fantasia). A ligação simples entre os dois átomos de oxigênio não é muito estável, o que torna essas substâncias bastante reativas. Por isso, elas têm ampla aplicação industrial.

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UNIDADE

FORMAÇÃO CiDADÃ

Monóxido de di-hidrogênio (DHMO): uma substância tóxica? O monóxido de di-hidrogênio (DHMO) é uma substância que está associada a diversos problemas contemporâneos, como os listados a seguir. • Está presente na chuva ácida. • Causa corrosão de diversos metais. • Causa erosão do solo. • Pode levar à morte quando inalada em excesso. • Provoca queimaduras graves em sua forma gasosa. • Sua grande concentração nos rejeitos de mineração foi um dos fatores que contribuiu para o desastre em Mariana (MG) em 2015. Diante dessas questões, seria razoável considerar o banimento desse óxido de nossa sociedade? Para uma avaliação mais aprofundada, é necessário analisar com maior atenção essa substância. Com base em seu nome, pode-se determinar sua fórmula. Monóxido indica a presença de um único átomo de oxigênio, e di-hidrogênio significa dois átomos de hidrogênio. Assim, a fórmula química do monóxido de dihidrogênio é... H2O! Considerando que essa substância é a água, como interpretar os problemas mencionados anteriormente? De fato, a água está associada a esses fenômenos, mas isso não significa que ela deva ser banida. Afinal, a água é uma substância essencial para a vida. O uso de informações corretas é essencial para evitar conclusões equivocadas, um conceito que recebeu o nome de zohnerismo, em referência ao estudante estadunidense Nathan Zohner. Em 1997, aos 14 anos, Zohner criou um abaixo-assinado solicitando o banimento do DHMO como parte de um experimento para demonstrar como a falta de informação pode ser manipulada. Esse experimento simples revelou o impacto da desinformação, especialmente quando utilizada por pessoas mal-intencionadas. A disseminação de informações incorretas, conhecidas pelo termo em inglês fake news, tem se tornado ainda mais fácil com o uso de mídias eletrônicas. O melhor antídoto contra isso é o acesso à informação confiável. AT¡v¡DaDeS

Não escreva no livro.

1. Quais notícias falsas você já ouviu sobre Ciência ou saúde? Como é possível verificar sua veracidade?

exemplos e discuta com os colegas possíveis maneiras de combater esse problema.

ACCOGLIENTE DESIGN/SHUTTERSTOCK.COM

2. Como a disseminação de notícias falsas pode impactar questões científicas e sociais? Cite

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AlGO A

O que são volumes de água oxigenada?

As soluções de até 10 volumes têm aplicações domésticas, como na desinfecção de superfícies e objetos e na remoção de manchas de roupas. Nessa concentração, a solução era utilizada como antisséptico bucal e de machucados recentes. Essa prática, no entanto, não é mais recomendada, pois pode causar danos às mucosas e a outros tecidos. As soluções de até 40 volumes costumam ser utilizadas como descolorante capilar, mas devem ser manipuladas com cuidado e com o uso de luvas, pois, em contato com a pele, podem causar queimaduras graves. De acordo com a Ficha de Informação de Segurança de Produtos Químicos (FISPQ) a respeito do peróxido de hidrogênio de 20% a 60%, esses materiais são corrosivos e oxidantes, com toxidade aguda que pode causar lesão grave nos olhos e irritação da pele. A água oxigenada 30 volumes (chamada assim por ter sido diluída a 30 volumes) pode ser facilmente encontrada em farmácias.

REfliTA

Não escreva no livro.

IRENE ARAUJO/FOTOARENA

A água oxigenada é normalmente comercializada na forma diluída em água. Quando um litro de água oxigenada produz 10 litros de gás oxigênio, diz-se que ela foi diluída a 10 volumes. Quando produz 20 litros de gás oxigênio, foi diluída a 20 volumes e assim por diante. Ou seja, trata-se de uma indicação de concentração indireta, pois refere-se ao volume de produto formado. Portanto, quanto maior for o índice volumétrico de gás oxigênio produzido, maior será a concentração de peróxido na solução.

Sais

2 Além do cloreto de

Desde a Antiguidade até os dias de hoje, as substâncias salinas desempenham um papel essencial no cotidiano, sendo utilizadas na preservação e no tempero de alimentos e em processos industriais diversos. Os estudos sobre os sais remontam a registros do século X, com obras atribuídas ao médico e alquimista persa Al-Rāzī. Já no século XVI, o alquimista alemão Andreas Libavius (c. 1540-1616) realizou uma das primeiras sínteses de sais. Nessa época, também já se conseguia extrair metais dessas substâncias, como documentado nas obras de Lazarus Ercker (c. 1530-c. 1594) e Georgius Agricola (1494-1555), que exploravam depósitos minerais e técnicas de metalurgia. No século seguinte, o químico francês Nicolas Lefèvre (c. 1610-c. 1674) escreveu um dos primeiros livros didáticos a abordar o assunto. No entanto, apesar de serem bastante usados nos experimentos da época, os sais ainda não tinham sua estrutura química plenamente compreendida. Foi no século XVIII que Guillaume-François Rouelle (1703-1770) propôs uma classificação baseada na forma cristalina dessas substâncias. Embora sua abordagem tenha organizado os sais em categorias específicas, a composição química Representação de explosão causada acidentalmente por Rouelle em seu laboratório enquanto dava uma palestra. detalhada ainda permanecia um mistério.

sódio, que outros sais você conhece?

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UNIDADE

Com o tempo, os avanços na Química permitiram o desenvolvimento de fórmulas e a compreensão das propriedades e das aplicações dos sais conhecidos hoje. Em Tema anterior, foi apontado que os sais são formados pela combinação de cátions e ânions. Entretanto, não são todos os tipos de cátion e de ânion que formam sais. Os íons hidreto (H_), peróxido (O22_), hidrogênio (H+), óxido (O2_), hidrônio (H3O+) e hidróxido (OH_) formam outras espécies de substância. Ou seja, sais são formados por cátions que não sejam o H+ e ânions que não sejam os de oxigênio, ainda que ligados a um hidrogênio. A nomenclatura dos sais, segundo a IUPAC, segue uma regra bem simples, baseada na combinação dos nomes de cada íon. Para dar nome a um sal, deve-se utilizar: nome do ânion + de + nome do cátion Alguns ânions e cátions comuns e seus nomes Ânion

Nome

Cátion

Nome

CO2_ 3

Carbonato

NH+4

Amônio

Cl_

Cloreto

Ca2+

Cálcio

CrO42_

Cromato

Co2+

Cobalto(II)

Cr2O72_

Dicromato

Co3+

Cobalto(III)

PO42_

Fosfato

Fe2+

Ferro(II)

MnO_4

Permanganato

Fe3+

Ferro(III)

SO42_

Sulfato

K+

Potássio

S2_

Sulfeto

Ag+

Prata

SO32_

Sulfito

Zn2+

Zinco

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ZHANE LUK/SHUTT

Assim, o CaCl2, por exemplo, deve ser denominado cloreto de cálcio, o Ag2S, sulfeto de prata, o ZnSO3, sulfito de zinco, e assim por diante. Vale ressaltar que o nome do ânion se relaciona ao ácido que lhe dá origem e, portanto, ácidos com terminações -ídrico, -oso e -ico originam, respectivamente, ânions com sufixos -eto, -ito e -ato. Os ácidos e sua nomenclatura serão abordados mais adiante.

O sulfato de cálcio é o principal constituinte do gesso, utilizado em imobilizações no caso de fraturas (A). O fluoreto de sódio é fonte de flúor no tratamento da água e na produção de creme dental (B). O bicarbonato de sódio é utilizado para diminuir momentaneamente a acidez estomacal (C).

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REfliTA

Não escreva no livro.

3 Você deve ter al-

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PHOTOS.COM/GETTY IMAGES

guma familiaridade com a palavra ácido. Quais ácidos você conhece, onde eles são utilizados e quais cuidados são necessários ao manuseá-los?

Ácidos No cotidiano, a palavra ácido é associada ao sabor de alimentos azedos, como vinagre, limão e outras frutas. No vinagre, o sabor azedo é causado pelo ácido acético e, nas frutas, pelo ácido cítrico, por exemplo. Uma das primeiras definições das substâncias ácidas foi proposta em 1887 pelo físico e químico sueco Svante August Arrhenius (1859-1927). Arrhenius deu importantes contribuições para diversas áreas, incluindo Imunologia e Química Ambiental. Foi pioneiro no desenvolvimento do primeiro modelo climático que considerava a influência do dióxido de carbono (CO2) atmosférico na temperatura do planeta. Por esse trabalho, é frequentemente lembrado como o cientista que antecipou os efeitos das atividades industriais sobre o aquecimento global. No final dos anos 1880, apresentou a ideia de que os eletrólitos, quando dissolvidos em água, dissociavam-se em partículas carregadas eletricamente, gerando soluções que podem conduzir eletricidade. Vale destacar que essa proposta foi feita antes da descoberta dos elétrons e dos prótons. Com base nesse conceito, Arrhenius formulou uma teoria para ácidos e bases. Embora várias tentativas de definir essas substâncias tenham sido feitas anteriormente, o químico sueco foi o primeiro a propor uma teoria mais moderna e abrangente. Em 1887, ele sugeriu que ácidos, bases e sais, ao serem dissolvidos em água, dissociam-se em seus respectivos íons. Em outras palavras, quando essas substâncias entram em contato com a água, elas se separam em partículas eletricamente carregadas, os íons, responsáveis por conduzir eletricidade na solução. Para ele, um ácido era uma substância que, ao se dissolver em água, liberava íons de hidrogênio (H+). A teoria de Arrhenius foi bastante eficaz para explicar o comportamento de ácidos em soluções aquosas, mas apresentava limitações quando o solvente não era a água ou quando não havia íons hidrogênio envolvidos. Como é comum no meio científico, sua proposta enfrentou resistências e críticas. A dissociação iônica, tema central de sua tese de doutorado, quase resultou na rejeição de seu trabalho pela Universidade de Uppsala, na Suécia. No entanto, esses mesmos estudos, que inicialmente foram questionados, renderam-lhe o Prêmio Nobel de Química em 1903, ilustrando o caminho sinuoso e repleto de desafios que muitas vezes marca o progresso científico.

Arrhenius em fotografia de 1903, ano em que recebeu o Prêmio Nobel de Química.

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UNIDADE

Embora existam outras definições de ácidos atualmente, neste livro, é usada a apresentada por Arrhenius. Assim, a fórmula química de um ácido genérico é dada por HA, que, em meio aquoso, ioniza e forma H+ (também chamado de próton, já que o átomo de hidrogênio, quando perde um elétron, reduz-se ao único próton de seu núcleo) e o ânion A_. Os hidrácidos são ácidos cujas moléculas não têm átomos de oxigênio; já os oxiácidos são ácidos cujas moléculas têm átomos de oxigênio. Essa classificação foi proposta por Lavoisier, quando ainda não se conhecia bem a natureza dessas substâncias. De acordo com a IUPAC, para nomear os hidrácidos, deve-se usar o sufixo -ídrico, e, para nomear os oxiácidos, deve-se usar outros sufixos, conforme explicado a seguir. Quando dois oxiácidos forem constituídos pelo mesmo elemento central e apresentarem quantidades diferentes de oxigênio, o sufixo -oso deve ser atribuído ao ácido que tiver o menor número de átomos de oxigênio, e o sufixo -ico, ao que tiver o maior número. Se o elemento ligado ao oxigênio formar três ou mais ácidos oxigenados, devem-se usar per-[nome do elemento]-ico, -ico, -oso e hipo-[nome do elemento]-oso, respectivamente, do mais oxigenado para o menos oxigenado. Alguns ácidos e seus nomes Fórmula do ácido

Nomenclatura

HBr

Ácido bromídrico

HNO3

Ácido nítrico

HClO2

Ácido cloroso

FOTOARENA

T RS

T HU

L/S

IXE

P SR

O ácido sulfúrico, bastante utilizado em processos industriais, está presente nas baterias de automóveis (A). Já o ácido clorídrico, também comercializado como ácido muriático, é utilizado na limpeza de superfícies metálicas e na fabricação de diversos produtos (B).

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Classificação dos ácidos quanto à força

TREVOR CLIFFORD PHOTOGRAPHY/ SCIENCE PHOTO LIBRARY/FOTOARENA

Quando em solução aquosa, nem todos os ácidos se ionizam completamente. A quantidade percentual de íons H+ formados é chamada de grau de ionização. Esse grau é expresso como uma fração ou percentual que reflete o quanto o ácido se transforma em íons hidrogênio (H+) e ânions correspondentes, como o cloreto (Cl_) no caso do ácido clorídrico (HCl). O grau de ionização é importante para determinar a força de um ácido: quanto maior for o grau de ionização, mais forte será o ácido. Os ácidos fortes, como o ácido clorídrico (HCl) e o ácido nítrico (HNO3), têm grau de ionização próximo de 100%, o que significa que praticamente todas as suas moléculas se ionizam quando em solução aquosa. Isso faz com que eles sejam altamente reativos e conduzam bem a eletricidade em soluções aquosas. Já os ácidos fracos e moderados, como o ácido sulfídrico (H2S) e o ácido fosfórico (H3PO4), têm um grau de ionização muito menor, indicando que apenas uma pequena fração de suas moléculas se ioniza. Por essa razão, suas soluções são menos condutoras e menos reativas. O grau de ionização também varia de acordo com alguns fatores, como a concentração do ácido e a temperatura.

Três ácidos distintos, um ácido fraco (A), um moderado (B) e um forte (C), reagem com carbonato de cálcio. É possível notar que a reatividade aumenta com a força do ácido. REfliTA

Não escreva no livro.

4 Consulte os rótu-

los dos produtos de limpeza presentes em sua residência e indique se há alguma base (hidróxido). Anote seus nomes em uma folha avulsa e pesquise em sites confiáveis informações a respeito dessa substância.

Bases Em seus estudos, Arrhenius sugeriu que as substâncias alcalinas também liberavam íons em solução aquosa. De acordo com o cientista, uma base é uma substância que, em água, dissocia-se, causando o aumento da concentração do íon OH_ (hidróxido). Essas substâncias também podem ser classificadas quanto à força em bases fortes ou bases fracas. A força das bases iônicas está relacionada com a solubilidade e, portanto, com a quantidade de íons OH_ liberada em meio aquoso. As primeiras são formadas por metais alcalinos (Na, Li, K, Rb e Cs) e alguns metais alcalinoterrosos (Ca, Sr e Ba). As segundas são formadas pelos demais metais e pelo magnésio.

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Algumas bases e seus nomes Fórmula da base

Nomenclatura

LiOH

Hidróxido de lítio

Sr(OH)2

Hidróxido de estrôncio

Al(OH)3

Hidróxido de alumínio

DANIEL CYMBALISTA/PULSAR IMAGENS

hidróxido de + nome do cátion

FABIO YOSHIHITO MATUSUURA/ACERVO DA EDITORA

A fórmula das bases inorgânicas é dada pelo símbolo do cátion seguido de OH, em número suficiente para neutralizar a carga do cátion, por exemplo, NaOH ou Ca(OH)2. De acordo com a IUPAC, para dar nome a uma base, deve-se utilizar:

UNIDADE

O hidróxido de magnésio é usado para diminuir a acidez estomacal (A). A soda cáustica, um produto normalmente usado para desobstrução de encanamentos, é formada principalmente pela base forte hidróxido de sódio (B).

No caso de metais cujo cátion tem duas ou mais valências, também é importante informá-las em símbolos romanos entre parênteses, após o nome do cátion.

Reação de neutralização Uma reação de neutralização ocorre quando um ácido reage com uma base, resultando na formação de sal e água. Na concepção de Arrhenius, a reação de neutralização nada mais é do que a reação entre íons de hidrogênio (H+) do ácido e os íons hidroxila (OH_) da base, formando moléculas de água (H2O). H+(aq) + OH_(aq) H H2O(l) Considerando a ionização e a dissociação total do ácido genérico HA e da base genérica COH, o ácido formará H+ e o ânion A_, já a base formará OH_ e o cátion C+. A reação de neutralização entre essas espécies resultará na formação de água, já os íons A_ e C+ continuarão em solução. HA(aq) H H+(aq) + A_(aq) C(OH)(aq) H C+(aq) + OH_(aq) H+(aq) + OH_(aq) H H2O(l) HA(aq) + C(OH)(aq) H H2O(l) + C+(aq) + A_(aq) Se a água presente na solução final evaporar, pode-se obter a substância CA, um sal. A neutralização pode ser total ou parcial, dependendo da força e da quantidade de ácido e base envolvidos. A neutralização total ocorre quando todo o ácido é completamente neutralizado pela base, e o produto da reação é um sal neutro dissociado e água. Isso geralmente acontece quando o ácido e a base têm forças equivalentes (como no caso de um ácido forte com uma base forte). A neutralização parcial ocorre quando a proporção entre hidrogênios ionizáveis e íons hidroxila dissociáveis é desigual, resultando no excesso de um deles em solução. Nesse caso, quando a água do sistema é evaporada, os íons em excesso são agregados à estrutura do sal formado.

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REfliTA

Hidretos

Não escreva no livro.

5 Você sabia que al-

AR DI DI TP RO JE CT /S HU TT ER ST OC K. CO M

guns metais podem reagir com o hidrogênio e formar substâncias chamadas hidretos metálicos? O que você imagina que essas substâncias podem fazer ou onde podem ser usadas?

Os hidretos são substâncias formadas pela combinação de átomos de hidrogênio com átomos de outro elemento químico. Eles são bastante variados, pois o hidrogênio pode ligar-se a muitos elementos, com exceção dos gases nobres. Os hidretos metálicos, por exemplo, são substâncias binárias em que o hidrogênio liga-se a um átomo de menor eletronegatividade. De acordo com a IUPAC, para dar nome a um hidreto, deve-se utilizar: hidreto + de + nome do elemento A classificação dos hidretos depende da eletronegatividade do elemento ao qual o hidrogênio está ligado. Os elementos de baixa eletronegatividade, como os metais alcalinos e alcalinoterrosos, formam hidretos iônicos, como o hidreto de cálcio (CaH2), em que o hidrogênio atua como o íon negativo (H_). Os átomos de elementos cuja eletronegatividade é mais próxima da do hidrogênio formam hidretos covalentes, como o hidreto de boro (BH3), em que elétrons são compartilhados.

O hidreto de lítio é empregado na produção de baterias de celular.

AT¡v¡DaDeS

Não escreva no livro.

1. Escreva, em seu caderno, o nome dos sais listados a seguir. KCl AgMnO4 Cu(NO3)2 Fe(ClO4)2 NaBr (NH4)2SO4 Cu(NO2)2 Fe(ClO4)3

2. Com base nos cátions e ânions a seguir, escreva, em seu caderno, os nomes e as fórmulas químicas de ácidos e bases que podem ser formados. Cátions

Ânions

Sódio

Cloreto

Amônio

Fosfato

Potássio

Sulfato

Cálcio

Nitrato

3. Considere os seguintes elementos que formam

hidretos: Al, As, B, Tl, Fr, Ga, In, Li, Mg e Na. Quais são iônicos e quais são covalentes?

4. Você já encontrou alguma substância na sua

residência que pode ser classificada como sal?

Apresente o nome e a fórmula molecular de algumas delas e descreva seus principais usos.

5. Neste Tema, a vitamina C foi apresentada

como exemplo de ácido. Procure em sites confiáveis informações sobre sua importância para a saúde humana e investigue outros ácidos que têm alguma função no corpo humano.

6. Algumas pessoas podem ter problemas esto-

macais provocados pela alta concentração de substâncias ácidas no estômago. Geralmente, os médicos receitam medicamentos contendo hidróxido de magnésio (Mg(OH)2) ou hidróxido de alumínio (Al(OH)3) para amenizar os sintomas, conhecidos como antiácidos. A que função inorgânica essas substâncias pertencem e como elas ajudam a diminuir a acidez do estômago?

7. A maresia, que é uma névoa rica em cloreto de sódio, sulfato de cálcio, sulfato de magnésio e cloreto de magnésio, acelera o processo de oxidação de alguns metais. Indique a função inorgânica e a fórmula molecular das substâncias citadas.

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SERGIO RANALLI/PULSAR IMAGENS

UNIDADE

TEMA

Eletroquímica Respostas e comentários deste Tema estão disponíveis nas Orientações para o professor.

O conhecimento sobre a eletricidade impulsionou de forma significativa o desenvolvimento da Química, expandindo as fronteiras do estudo dos fenômenos físicos e químicos. Por causa dessa interação, alcançou-se um nível de sofisticação tecnológica que tornou a eletricidade indispensável para a vida cotidiana. O avanço da eletricidade é um exemplo claro de como a Ciência funciona: um conhecimento gera novos conhecimentos, que, por sua vez, possibilitam o desenvolvimento de novas tecnologias. Esse ciclo, no qual descobertas científicas abrem portas para novas investigações, é o que tem permitido à Ciência se desenvolver a passos largos, especialmente nos últimos séculos. Cada avanço gera novos questionamentos e novas oportunidades de pesquisa, criando um fluxo contínuo de inovação. Essa dinâmica explica o crescimento significativo do conhecimento científico, que amplia a compreensão do mundo e transforma a maneira como as pessoas vivem e interagem com o ambiente. Em essência, o progresso científico é um processo contínuo e colaborativo. Cada nova descoberta é um tijolo na construção do edifício do conhecimento humano, e, à medida que novas fronteiras são exploradas, abrem-se caminhos para um futuro repleto de possibilidades ainda inimagináveis. Teste de corrosão de placa feito em laboratório. Curitiba (PR), 2018.

REfliTA

Não escreva no livro.

1 Com base no que

estudou até agora, especule sobre a relação entre o corpo humano e a eletricidade.

Origem dos estudos de Eletroquímica De acordo com alguns registros históricos, o filósofo e matemático grego Tales de Mileto foi o primeiro a observar que a fricção de pedaços de âmbar, uma resina natural, com pedaços de seda conferia à resina a capacidade de atrair pequenas hastes de palha. Em grego, âmbar era chamado de elektron; por causa disso, esse fenômeno foi denominado eletricidade. Por muito tempo, não houve avanços além dessa constatação: tratava-se apenas de um fenômeno curioso, sem aplicação prática.

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SHEILA TERRY/SCIENCE PHOTO LIBRARY/FOTOARENA

Dois milênios depois, esse fenômeno começou a ganhar destaque, em razão da invenção da primeira máquina para gerar eletricidade desenvolvida pelo físico alemão Otto von Guericke. Cerca de dois séculos depois, em 1869, o engenheiro belga Zénobe-Théophile Gramme (1826-1901) inventou o primeiro gerador elétrico capaz de produzir corrente contínua e em alta voltagem: o dínamo. Essa invenção possibilitou o uso sistemático de corrente elétrica para diversos fins, como produzir luz ou trabalho.

Representação de Otto von Guericke em que ele opera o primeiro gerador de eletricidade estática. OTTO de Guéricke et la première machine électrique à frottement. In: DESBEAUX, Émile. Physique populaire. Paris: Librairie Marpon et Flammarion, 1891. p. 294.

Com o tempo, diversas máquinas foram criadas, levando ao desenvolvimento do campo da eletricidade estática. Outro personagem que inovou o estudo do fenômeno da eletricidade foi o físico italiano Luigi Aloisio Galvani, que dissecava rãs para estudar anatomia. Nessa atividade, observou que os músculos das rãs dissecadas se contraíam ao entrar em contato com instrumentos metálicos. Notou ainda que as contrações também podiam acontecer no contato do músculo das rãs com as descargas elétricas. Pesquisando o estímulo dos músculos das rãs, Galvani ordenou os diferentes metais em função de sua ativação muscular. Com base em seus estudos, Galvani publicou, em 1791, o livro chamado De viribus electricitatis in motu musculari commentarius (“Comentário sobre o efeito da eletricidade muscular”, em tradução livre), no qual descreveu que parte da força vital animal estaria associada à eletricidade animal. Dessa forma, ele estabeleceu a existência de três tipos de eletricidade: a eletricidade animal; a eletricidade natural (relâmpagos); e a eletricidade eletrostática. As ideias de Galvani não foram bem aceitas por um contemporâneo e conterrâneo seu, o físico italiano Alessandro Volta. Para este, a eletricidade que causava a contração muscular era consequência dos metais, e não dos músculos, que só respondiam ao fenômeno da eletricidade.

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Zn – Sn – Pb – Fe – Cu – Pt – Au – Ag – grafite – carvão Ou seja, o efeito elétrico observado seria mais intenso se fossem utilizados a grafite e o zinco (sete materiais de distância) e relativamente fraco se fossem utilizadas a platina e a prata (um material de distância). Naquela época, pela falta de grandezas relacionadas à eletricidade, não era possível medir esse fenômeno de modo quantitativo. No entanto, o uso de pilhas voltaicas em laboratórios permitiu o desenvolvimento de outros conhecimentos, como o do processo de separação da água em gás oxigênio e gás hidrogênio e o do processo de isolamento de metais alcalinos na forma de substâncias simples. Esses são apenas alguns exemplos do conhecimento acumulado, inicialmente, por meio da aplicação da eletricidade. Para avançar no entendimento desse fenômeno, no entanto, é fundamental apresentar alguns conceitos básicos, o que será feito a seguir.

O debate entre os dois era cordial, a ponto de Volta chamar de galvanismo os fenômenos descritos por Galvani, termo até hoje utilizado em alguns casos. Nesse debate científico, cada um tinha um pouco de razão. Galvani focava a explicação do fenômeno no animal, pois considerava que a força vital era sua causadora. Volta focava a explicação do fenômeno nos materiais, ou seja, defendia uma justificativa química. O nome de Volta é normalmente associado à pilha, mas seu trabalho foi mais abrangente do que isso e envolveu duas áreas importantes: a Pneumoquímica e a Eletroquímica. Na Eletroquímica, Volta propôs a teoria do contato para explicar a eletricidade resultante do contato entre dois metais, e seu trabalho teve maior reconhecimento. Seus estudos resultaram no desenvolvimento da pilha de Volta, que originou o nome pilha voltaica. A pilha de Volta foi apresentada à comunidade científica em 1800, mas a transferência de carga entre diferentes metais só foi adequadamente explicada em 1928, aproximadamente. Na ocasião da apresentação da pilha, ele afirmou que o efeito elétrico aumentaria conforme a distância entre os materiais utilizados na seguinte série.

UNIDADE

VOLTA, Alessandro. [Pilha voltaica]. 1800. 1 pilha.

Pilha inventada pelo físico Alessandro Volta, preservada no Museo Nazionale della Scienza e della Tecnologia Leonardo da Vinci, em Milão (Itália).

Oxidação e redução Não

Em muitas reações, como nas de formação de precipitado, há um rearescreva REfliTA no livro. ranjo de espécies químicas iônicas. Acompanhe a reação de formação do 2 Para você, o que é cloreto de prata. oxidação? NaCl(aq) + AgNO3(aq) ê NaNO3(aq) + AgCl(s) Nesse e em tantos outros casos, não há transferência de elétrons entre as espécies químicas (íons), mas sim uma reorganização. No entanto, há reações nas quais ocorrem mudanças na distribuição dos elétrons entre as espécies químicas.

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Considere o caso da reação de oxidação do ferro metálico (Fe), originando o óxido de ferro(III) (Fe2O3), constituinte da ferrugem.

ILTONROGERIO/ISTOCK/GETTY IMAGES PLUS/GETTY IMAGES

4 Fe(s) + 3 O2(g) H 2 Fe2O3(s)

Formação de ferrugem em veículos antigos abandonados em via pública.

SOBRE

Uma semirreação é uma equação que descreve apenas o processo de oxidação ou de redução. Quando semirreações eletroquímicas são apresentadas, os elétrons são representados como e_, o que não significa que eles estejam livres no meio reacional. Sua presença na equação indica apenas que uma espécie química transferiu ou recebeu elétrons.

Cabe mencionar que a formação de ferrugem é um processo muito mais complexo do que o descrito nessa equação, pois, em razão das condições nas quais se dá o fenômeno, diferentes substâncias podem ser formadas. No entanto, é comum considerar a ferrugem como apenas óxido de ferro(III) (Fe2O3) ou, mais precisamente, o óxido de ferro(III) hidratado (Fe2O3 ? n H2O). Em reações desse tipo, acontecem mudanças nos átomos de ferro e de oxigênio. Acompanhe o que acontece com os átomos de ferro, que pode ser representado da seguinte forma. Fe0 H Fe3+ + 3 e_ De acordo com essa equação, os átomos de ferro transferem elétrons. Note que a carga do átomo de ferro passou de 0 para 3+, indicando que cada átomo de ferro transferiu três elétrons. Quando um átomo ou uma espécie química transfere elétrons, o processo é chamado de oxidação. Se, em uma reação, o ferro está transferindo elétrons, outra espécie química deve recebê-los. No caso da oxidação do ferro, são os átomos de oxigênio, conforme representado a seguir. O02 + 4 e_ H 2 O2_ De acordo com essa equação, os átomos de oxigênio estão recebendo elétrons. Note que a carga do átomo de oxigênio passou de 0 para 2_, indicando que cada átomo de oxigênio recebeu dois elétrons. Quando um átomo ou uma espécie química recebe elétrons, o processo é chamado de redução, e essas duas equações são chamadas de semirreações.

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UNIDADE

A soma de duas semirreações deve originar a reação global. Para balanceá-la, multiplica-se cada semirreação pelo coeficiente de elétrons da outra, como mostrado a seguir. 4 Fe0 H 4 Fe3+ + 12 e_ (multiplicada por 4) (multiplicada por 3) 3 O20 + 12 e_ H 6 O2_ 0 0 3+ 2_ + 3 O H 4 Fe + 6 O (reação global) 4 Fe 2 Como os 12 elétrons estão dos dois lados da equação, eles são cortados. Essa reação não resulta nas espécies Fe3+ e O2_, mas sim na formação de óxido de ferro(III). 4 Fe(s) + 3 O2(g) H 2 Fe2O3(s)

FOTOS593/SHUTTERSTOCK.COM

Como o oxigênio é a substância que provoca a oxidação do ferro, nessa reação, ele é chamado de oxidante. Como o ferro é a substância que provoca a redução do oxigênio, nessa reação, ele é chamado de redutor. O processo de reação no qual uma espécie química ganha elétrons e outra os transfere é chamado de reação de oxirredução (ou redox). O que acontece na pilha de Volta e em outras que serão abordadas mais à frente são exemplos de reações de oxirredução. No caso das pilhas e das baterias, diferentemente do processo de formação da ferrugem, o sistema é montado para que os elétrons trocados entre as espécies sejam conduzidos de maneira a produzir uma corrente elétrica. Filme fotográfico. Nos chamados filmes preto e branco, a imagem se fixa porque sais de prata são reduzidos por ação da luz. ESPAÇOS DE APRENDiZAGEM

• O artigo a seguir define e discute os alimentos funcionais, entre eles aqueles que têm substâncias com propriedades antioxidantes, ou seja, substâncias que ajudam na diminuição de espécies eletronegativas, que incluem os radicais livres formados naturalmente na respiração celular. CAÑAS, Gustavo J. S.; BRAIBANTE, Mara E. F. A química dos alimentos funcionais. Química Nova na Escola, São Paulo, v. 41, n. 3, p. 216-223, ago. 2019. Disponível em: http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc41_3/03-QS-87-18.pdf. Acesso em: 8 out. 2024.

O número de oxidação O número de oxidação representa a quantidade de elétrons que um átomo transferiu ou recebeu em uma reação de oxirredução. No caso das espécies iônicas, esses números são reais. No caso de moléculas, eles são teóricos e representam as cargas que os átomos de cada elemento teriam se as ligações covalentes fossem rompidas e os átomos mais eletronegativos ficassem com os elétrons envolvidos na ligação. Essa carga real ou teórica é simbolizada por Nox. O Nox dos átomos de um mesmo elemento químico varia em função dos átomos dos elementos aos quais se ligam. O Nox do cobre no metal, por exemplo, é zero (NoxCu = 0) e no sulfato de cobre (CuSO4) é +2 (NoxCu = +2). Já os átomos de oxigênio apresentam número de oxidação igual a zero na substância oxigênio (O2) e _2 no óxido de cálcio (CaO).

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A determinação do Nox em qualquer substância pode ser feita com base nas seguintes regras básicas. • O Nox de átomos de qualquer elemento químico em substâncias simples é sempre igual a zero. • O Nox do oxigênio é _2 (exceto nos peróxidos, nos superóxidos e no OF2). • O Nox do hidrogênio é +1 (exceto nos hidretos). • O Nox dos metais alcalinos é +1. • O Nox dos metais alcalinoterrosos é +2. • O Nox dos halogênios é _1 (exceto quando ligados a átomos mais eletronegativos, como o oxigênio). • A soma do Nox dos átomos que constituem uma espécie química é igual à quantidade de carga dela.

EDITORIA DE ARTE

Acompanhe alguns exemplos.

O2(g), Fe(s), Cl2(g) e He(g)

H2O2(l)

HCl

Nox = 0 para todos.

NoxO = _1 NoxH = +1

NoxH = +1 NoxCl = _1

CaO(s), H2O(l) e Fe2O3(s)

NO_3

NoxO = _2 NoxH = +1 NoxCa = +2 NoxFe = +3

NoxO = _2 Carga da molécula = _1 Então: _1 = NoxN + 3 ? (_2) NoxN = +5

Balanceamento das reações de oxirredução Nas reações de oxirredução, sempre há um elemento químico que é oxidado (transfere elétrons) e outro que é reduzido (ganha elétrons). Para fazer o correto balanceamento das reações de oxirredução, é fundamental assegurar que a quantidade de elétrons cedida por um elemento químico seja igual à recebida pelo outro. Há situações mais complexas, nas quais os átomos de mais de um elemento químico são oxidados ou reduzidos, mas elas não serão estudadas neste livro. Para fazer o balanceamento de uma equação química representando uma reação redox, inicialmente, são determinados o elemento químico que é oxidado e o que é reduzido. Em seguida, realiza-se o balanceamento das substâncias que contém esses elementos. Posteriormente, faz-se o balanceamento das demais espécies químicas.

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UNIDADE

Acompanhe alguns exemplos. No litoral, por causa da maresia, materiais de ferro, sempre que possível, são substituídos pelos de alumínio. Embora este se oxide com mais facilidade do que o ferro, o óxido produzido forma uma fina camada coesa que protege o restante do metal. Como essa camada é impermeável ao gás oxigênio e à água, o objeto dura muito mais tempo. A reação de oxidação do alumínio pode ser representada pela equação não balanceada a seguir. Al(s) + O2(g) H Al2O3(s) Nessa equação, o oxidado (redutor) é o Al, cujo Nox varia de 0 a +3, e o reduzido (oxidante) é o O, cujo Nox varia de 0 a _2. Pode-se, assim, determinar a variação do número de oxidação (DNox), que informa quantos elétrons os átomos de cada elemento químico cederam ou receberam. Em seguida, utiliza-se como coeficiente estequiométrico de uma substância a variação do número de oxidação da outra, e vice-versa. Para balancear essa equação, portanto, acrescenta-se 2 antes do alumínio e 3 antes do oxigênio; porém, como o oxigênio está na forma de O2, é preciso multiplicar o coeficiente do Al por 2. 4 Al(s) + 3 O2(g) H 2 Al2O3(s) Acompanhe uma reação que apresenta outras substâncias, além da que é oxidada e da que é reduzida. O permanganato de potássio é uma substância de coloração violeta que tem forte caráter oxidante e pode ser usada para determinar quantitativamente o íon cloreto em meio ácido, segundo a equação não balanceada representada a seguir.

OASISHIFI/SHUTTERSTOCK.COM

Para essa equação, o oxidado (redutor) é o Cl, cujo Nox varia de _1 a 0 (DNox = _1); e o reduzido (oxidante) é o Mn, cujo Nox varia de +7 a +2 (DNox = +5). Assim, inicialmente, acrescenta-se 1 antes do manganês; porém, como se forma Cl2, também é preciso multiplicar esse valor por 2.

WIRESTOCK/ISTOCK/GETTY IMAGES PLUS/GETTY IMAGES

KMnO4(aq) + HCl(aq) ê KCl(aq) + MnCl2(aq) + Cl2(g) + H2O(l)

Cadeira de praia de alumínio. O metal alumínio é o material mais comum usado nesse tipo de cadeira, tendo em vista suas propriedades físicas (resistência e baixa densidade) e químicas (resistente à corrosão pela maresia).

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Em seguida, as espécies químicas do produto são balanceadas, atentando-se para sua presença nos reagentes. 2 KMnO4(aq) + HCl(aq) ê KCl(aq) + MnCl2(aq) + 5 Cl2(g) + H2O(l) 2 KMnO4(aq) + HCl(aq) ê 2 KCl(aq) + 2 MnCl2(aq) + 5 Cl2(g) + 8 H2O(l) 2 KMnO4(aq) + 16 HCl(aq) ê 2 KCl(aq) + 2 MnCl2(aq) + 5 Cl2(g) + 8 H2O(l) 2 KMnO4(aq) + 16 HCl(aq) ê 2 KCl(aq) + 2 MnCl2(aq) + 5 Cl2(g) + 8 H2O(l) O balanceamento deve ser conferido ao final, para certificar-se de que as quantidades de todos os elementos químicos são equivalentes em ambos os lados da equação. Observe que, nesse caso, o coeficiente 5 do cloro é o último a ser conferido e está de acordo com os demais elementos químicos presentes.

Pilhas e baterias 3 No seu cotidiano, você utiliza algum aparelho que tem pilha ou bateria? Qual é a relação entre as pilhas e o processo de oxirredução?

As observações de Alessandro Volta, quanto à produção de cargas elétricas mediante contato entre chapas metálicas diferentes, fizeram com que ele realizasse diversos experimentos para explorar esse fenômeno, os quais o levaram às seguintes conclusões: o contato entre dois metais forma cargas elétricas opostas; o contato entre um metal e um fluido cria uma força elétrica; e dois metais separados por um fluido condutor formam uma corrente elétrica. A terceira observação resultou de um experimento em que Volta colocou, sobre uma placa de prata, um pedaço de papel-filtro embebido em salmoura (solução saturada de cloreto de sódio) e, por cima dele, uma placa de zinco. O cientista italiano teve a ideia também de empilhar vários desses grupos e observou o efeito do empilhamento na corrente elétrica produzida, como mostra a representação a seguir. A

Representação de montagem feita por Papel-filtro Alessandro Volta para gerar corrente elétrica (A). Representação de várias pilhas voltaicas sobrepostas (B) (imagens sem escala; cores fantasia).

B Zn

ORACICART

REfliTA

Não escreva no livro.

Ao empilhar vários conjuntos de metais e papel-filtro, Volta criou a primeira pilha elétrica. Ele notou que quanto maior fosse o número de grupos empilhados, maior seria a corrente elétrica produzida, quando os dois extremos da pilha eram conectados a um condutor. A publicação dessas descobertas incentivou vários cientistas a utilizar as pilhas voltaicas para produzir corrente elétrica em laboratório.

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UNIDADE

Pilhas de Volta e de Daniell A explicação teórica para o funcionamento da pilha de Volta foi muito debatida e demorou para ser resolvida; por outro lado, a proposta de Faraday foi aos poucos sendo aceita pela comunidade científica. De acordo com Faraday, a origem da corrente elétrica era a reação química que ocorria entre um metal oxidável e uma substância oxidante. O cientista demonstrou que não era necessário um contato direto entre os metais para que a corrente elétrica fosse gerada. No caso da pilha de Volta, o zinco exercia a função de metal oxidável. Mas, ao contrário do que se poderia esperar, a substância oxidante não era a placa de prata, mas sim os íons hidrônios presentes na salmoura do papel-filtro. Logo, as semirreações envolvidas na pilha voltaica são as seguintes. Zn0 H Zn2+ + 2 e_ 2 H+ + 2 e_ H H2

DADEROT

Apesar de sua grande importância, a pilha de Volta não era muito prática, em especial pela formação de gás hidrogênio. A presença do gás, que se acumulava nas placas de prata, tornou-se um problema, pois diminuía a superfície de contato entre a placa de prata e a salmoura, impedindo a passagem de corrente elétrica. Por isso, foram estudadas alternativas para a pilha de Volta, com destaque para a pilha de Daniell. O químico inglês John Frederic Daniell (1790-1845) dedicou-se, por muito tempo, à busca de uma pilha alternativa à de Volta. Em 1839, quando Alessandro Volta já havia falecido, Daniell publicou An introduction to the study of chemical philosophy: being a preparatory view of the forces which concur to the production of chemical phenomena (“Introdução ao estudo da filosofia química: uma visão preliminar das forças que concorrem para a produção de fenômenos químicos”, em tradução livre), que continha a descrição de sua pilha.

DANIELL, John Frederic. [Pilhas de Daniell]. 1836. Protótipos de pilha.

Pilhas de Daniell, de 1836, expostas no National Museum of American History, em Washington D.C. (Estados Unidos).

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LUIS MOURA

H2SO4(aq) Zinco Embora o nome seja pilha, o artefato desenvolvido por Daniell não era formado pelo + empilhamento de placas, mas sim por um arranjo cilíndrico que aumentava a área de contato dos reagentes e, consequentemente, sua eficiência. É importante ressaltar que a pilha de Daniell, em sua forma popularizada, foi desenvolvida após diversos experimentos, feitos por ele e por outros Cerâmica porosa cientistas, com diferentes metais, soluções e esquemas de montagem. Na pilha de Daniell, um cilindro fabricado de cerâmica porosa é posiCobre cionado dentro de outro cilindro de cobre, como mostra a figura a seguir. No interior do cilindro de CuSO4(aq) cerâmica, coloca-se ainda um bastão de zinco. O espaço entre o cobre e a cerâmica é preenchido Elaborada com base em: BAKER, William Morrant; HARRIS, Vincent Dormer. Hand-book of physiology. London: [s. n.], 1892. p. 464. com uma solução saturada de sulfato de cobre(II) Representação da pilha de Daniell (imagem (CuSO4), e o cilindro de cerâmica é preenchido sem escala; cores fantasia). com ácido sulfúrico (H2SO4). Na pilha de Daniell, também ocorre a oxidação do zinco metálico para Zn2+, mas, diferentemente da pilha de Volta, a substância reduzida é o cobre(II), presente em solução. Logo, as seguintes semirreações fazem parte do sistema.

Zn0(s) H Zn2+(aq) + 2 e_ Cu2+(aq) + 2 e_ H Cu0(s) Somando as duas reações, chega-se à equação global da pilha de Daniell. Zn0(s) + Cu2+(aq) H Zn2+(aq) + Cu0(s) A maior estabilidade da pilha de Daniell exerceu um papel importante no desenvolvimento da Eletroquímica e de outras tecnologias. Por ser facilmente reproduzida e apresentar bom funcionamento, ela foi utilizada na definição de padrões de unidades de medida importantes e na construção de instrumentos (foi essencial para o funcionamento dos telégrafos, por exemplo).

Componentes de uma pilha O desenvolvimento da Eletroquímica e das pilhas levou à padronização de seus componentes, facilitando o estudo da função de cada um e a difusão de conhecimento entre cientistas. Para discutir um pouco cada um desses componentes, o modelo da pilha de Daniell será utilizado, mas com os ajustes comumente feitos em laboratórios didáticos de Química para demonstrar seu funcionamento. O conjunto geral dos dispositivos envolvidos em uma reação eletroquímica é chamado de célula eletroquímica – que pode ser utilizada para gerar eletricidade, como acontece nas pilhas de uso comum, ou para a eletrólise. As células eletroquímicas que geram eletricidade são chamadas de células galvânicas ou células voltaicas. Nessa montagem de laboratório da pilha de Daniell, ou seja, uma pilha de zinco e cobre, cada uma das semirreações ocorre em um recipiente diferente, denominado semicélula. Apesar da separação, as reações só ocorrem porque as duas semicélulas estão ligadas por um fio, ao qual se conecta um dispositivo (como uma lâmpada) que será alimentado pela energia elétrica gerada da reação. Também é necessário outro dispositivo, como a cerâmica porosa usada por Daniell, que permite o fluxo de íons.

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UNIDADE

As barras metálicas de zinco e cobre A são chamadas de eletrodos. Os eletroFio condutor Fluxo de elétrons (e_) dos têm como papel principal conectar os meios reacionais (a solução em cada recipiente) ao circuito elétrico. Uma pilha Ponte salina tem dois tipos de eletrodos: um ânodo e um cátodo. A definição de cada um deles Fluxo de Eletrodo Eletrodo ânions de zinco de cobre depende do sentido do fluxo de elétrons no Fluxo de sistema. Ânodo é o eletrodo em que ocorre cátions a oxidação (transferência de elétrons); ele CuSO4(aq) Chumaço funciona como o polo negativo em uma ZnSO4(aq) de algodão pilha. Cátodo é o eletrodo em que ocorre a redução (recebimento de elétrons); ele funciona como o polo positivo em uma pilha. B No caso da pilha de Daniell, o ânodo Fluxo de elétrons também tem o importante papel de ser um reagente essencial. Já o cátodo, de Polo (_) Polo (+) cobre metálico, não participa diretamente Ponte salina da reação, sendo apenas um condutor Eletrodo de cobre Fluxo de Eletrodo elétrico. O cobre metálico formado a ânions de zinco partir da redução dos íons Cu2+ fica depoCu2+(aq) 2+ Fluxo de Zn (aq) sitado na superfície do eletrodo de cobre, cátions Deposição pois é nesse local que ocorre a reação. Corrosão Chumaço de metal As soluções presentes em cada reci- do ânodo de algodão no cátodo piente são denominadas eletrólitos. Os Elaborada com base em: ATKINS, Peter; JONES Loretta. Princípios de Química: Questionando a vida moderna e o meio ambiente. 3. ed. eletrólitos são formados por sais que, em Porto Alegre: Bookman, 2006. p. 546. solução aquosa, dissociam-se, aumenRepresentação de uma pilha no momento inicial de tando a condutividade elétrica da solução. funcionamento (A) e após algum tempo (B) (imagens sem Eles são importantes para o transporte escala; cores fantasia). dos íons envolvidos nas reações. Por fim, há uma conexão direta entre os dois eletrólitos, denominada ponte salina, que estabelece o equilíbrio iônico entre ambos. Como há a formação de cátions de um lado (ânodo) e o consumo deles no outro lado (cátodo), é necessário que outros íons equilibrem essas cargas. Diferentes sais podem ser utilizados na ponte salina, e sua escolha dependerá de vários fatores, como sua interação com os reagentes e a velocidade de migração. O mais comum e eficiente deles é o cloreto de potássio (KCl).

ILUSTRAÇÕES: LUIS MOURA

Potencial eletroquímico de uma pilha O potencial eletroquímico de determinada semirreação química é uma medida da tendência de que a semirreação de oxidação ou de redução ocorra. Esse potencial depende da semirreação em si e de outros fatores, como concentração, temperatura e presença de outras substâncias no sistema. O potencial elétrico de uma pilha depende dos potenciais de oxidação e redução de suas semicélulas. Como uma medida de potencial eletroquímico só tem sentido quando comparada a alguma referência, definiu-se que o potencial-padrão de reação deve ser medido em relação ao eletrodo-padrão de hidrogênio (EPH).

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O EPH é uma semicélula em que ocorre a transformação de hidrogênio gasoso em íons H+, ou o contrário, dependendo do sistema em questão. Por ser uma medida de potencial elétrico, sua unidade é o volt (V) e seu símbolo, a letra E. O potencial-padrão, além de ser medido em relação ao eletrodo-padrão de hidrogênio, também requer condições-padrão: 25 °C, 1 mol/L e 100 kPa. Representa-se o potencial-padrão de uma semirreação com o símbolo E0 à direita da reação. 2 H+ + 2 e_ H H2 E0 = 0 V Para fins de padronização, costuma-se apresentar em tabelas os potenciais-padrão de redução (E0red). O potencial-padrão de oxidação (E0ox) tem o mesmo módulo que o de redução, com sinal inverso. Os valores dos potenciais-padrão podem ser positivos ou negativos. O sinal indica apenas a relação com o potencial do EPH, não sendo uma informação que indique a possibilidade de uma reação ocorrer ou não. O potencial elétrico de uma pilha é calculado por meio da soma dos potenciais das semirreações de redução e de oxidação. E0célula = E0red + E0ox Os valores dos potenciais-padrão são obtidos por meio de medição direta, em relação ao eletrodo-padrão de hidrogênio, ou por cálculos que levem em conta outras reações cujas medidas de potencial já tenham sido feitas. Acompanhe alguns valores de potencial-padrão de redução (E0red) nas condições-padrão. Potenciais-padrão de redução (E0red) nas condições-padrão Semiequações de redução

E0red

Semiequações de redução

E0red

Li+(aq) + e_ H Li(s)

_3,04 V

2 H+(aq) + 2 e_ H H2(g)

0,00 V

K+(aq) + e_ H K(s)

_2,93 V

Cu2+(aq) + 2 e_ H Cu(s)

+0,34 V

Na+(aq) + e_ H Na(s)

_2,71 V

O2(g) + 2 H2O(l) + 4 e_ H 4 OH_(aq)

+0,40 V

Mg2+(aq) + 2 e_ H Mg(s)

_2,37 V

I2(s) + 2 e_ H 2 I_(aq)

+0,54 V

Al3+(aq) + 3 e_ H Al(s)

_1,68 V

Fe3+(aq) + e_ H Fe2+(aq)

+0,77 V

2 H2O(l) + 2 e_ H H2(g) + 2 OH_(aq)

_0,83 V

Ag+(aq) + e_ H Ag(s)

+0,80 V

Zn2+(aq) + 2 e_ H Zn(s)

_0,76 V

Br2(l) + 2 e_ H 2 Br_(aq)

+1,09 V

Fe2+(aq) + 2 e_ H Fe(s)

_0,45 V

O2(g) + 4 H+(aq) + 4 e_ H 2 H2O(l)

+1,23 V

Ni2+(aq) + 2 e_ H Ni(s)

_0,25 V

Cl2(g) + 2 e_ H 2 Cl_(aq)

+1,36 V

Sn2+(aq) + 2 e_ H Sn(s)

_0,14 V

Au3+(aq) + 3 e_ H Au(s)

+1,40 V

Pb2+(aq) + 2 e_ H Pb(s)

_0,13 V

F2(g) + 2 e_ H 2 F_(aq)

+2,87 V

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UNIDADE

Com os valores listados, pode-se calcular o potencial-padrão da pilha de Daniell. Retomando as equações envolvidas, no ânodo, ocorre a oxidação do zinco. Observe que, para transformar o potencial de redução da tabela em potencial de oxidação, é preciso inverter seu sinal. Zn0 H Zn2+ + 2 e_ E0 = +0,76 V No cátodo, os íons Cu2+ são reduzidos. Cu2+ + 2 e_ H Cu0 E0 = +0,34 V Para calcular o potencial-padrão da pilha, basta somar esses dois valores. E0célula = 0,34 V + 0,76 V = 1,10 V O potencial-padrão de uma célula tem um papel importante: ele diz se a célula funcionará, de fato, como uma pilha. Para que determinada célula funcione como pilha, seu potencial, nas condições em que foi construída, deve ser positivo. Existe uma variedade enorme de pilhas, algumas das quais serão abordadas a seguir.

As pilhas e as baterias modernas

Diferença entre pilha e bateria Como acontece nas demais áreas da Ciência, o uso de novas terminologias leva, muitas vezes, a uma confusão em relação aos termos utilizados para designar os sistemas eletroquímicos. Uma dessas confusões se refere aos termos pilha e bateria. A pilha é um dispositivo constituído por dois eletrodos e um eletrólito, montados de forma a produzir energia elétrica. A bateria é um conjunto de pilhas conectadas de forma a obter uma corrente ou um potencial elétrico maior. Quando as pilhas são agrupadas em série, ou seja, uma disposta após a outra, como em uma lanterna grande, o potencial elétrico obtido é a soma dos potenciais elétricos individuais de cada pilha. Se as pilhas forem conectadas em paralelo, a diferença de potencial elétrico será a mesma, embora a corrente obtida aumente.

+ 6,0 V 1 000 mA

ILÊ COMUNICAÇÃO

Ao longo dos anos, as pilhas e as baterias ficaram mais acessíveis. Atualmente, elas estão em vários objetos usados pelas pessoas, por exemplo, em relógios, brinquedos, caixas de som, telefones celulares etc. e são cada vez menores e mais eficientes. As pilhas e as baterias se distribuem basicamente em dois grupos: primárias e secundárias. As pilhas e baterias primárias não são recarregáveis. De modo geral, são as mais antigas e de uso restrito a uma única carga. São exemplos as pilhas comuns e as pilhas alcalinas. As pilhas e baterias secundárias são recarregáveis. O acesso a essa tecnologia foi possível por causa do desenvolvimento de pilhas e baterias em que ocorrem reações reversíveis. Elas são recarregadas ao se passar uma corrente elétrica fornecida por um carregador, induzindo a reação inversa à do funcionamento da pilha. Por isso, podem ser utilizadas muitas vezes, chegando a milhares de vezes. São exemplos as pilhas de níquel-cádmio, de hidreto metálico-óxido de níquel e de íons de lítio.

+ 1,2 V 5 000 mA _

Representação de dois conjuntos de pilhas associadas de modo distinto: em série (A) e em paralelo (B). Dependendo de como forem conectadas, pode-se aumentar o potencial elétrico (em série) ou a corrente (em paralelo).

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Uma das primeiras pilhas produzidas em escala comercial foi desenvolvida, em 1866, pelo químico francês Georges Leclanché (1839-1882). Naquele período, as pilhas continham soluções aquosas, a exemplo da pilha de Daniell, mas a de Leclanché não continha, por isso ela ficou conhecida como pilha seca. Seu baixo custo de produção possibilitou uma grande difusão desse dispositivo. A pilha seca é formada por um envoltório de zinco, um papel poroso envolvendo uma pasta e, dentro dessa pasta, um eletrodo de grafita. O zinco corresponde ao polo negativo ou ânodo, no qual acontece a seguinte semirreação de oxidação.

Ânodo (envoltório de zinco)

VINÍCIUS FIORATTI

Pilha seca

Cátodo (barra de grafite) Pasta de carvão em pó (C), MnO2, NH4Cl2, ZnCl2 e H2O

Elaborada com base em: KOTZ, John C.; TREICHEL, Paul M.; TOWNSEND, John R. Chemistry & chemical reactivity. 8th ed. Belmont: Brooks/Cole: Cengage Learning, 2012. p. 909.

Representação em corte de uma pilha seca de Leclanché (imagem sem escala; cores fantasia).

Zn(s) H Zn2+(aq) + 2 e_ O polo positivo ou o cátodo é a barra de grafita. Ela é envolvida em uma pasta – com caráter ácido – de carvão em pó (C), dióxido de manganês (MnO2), cloreto de amônio (NH4Cl), cloreto de zinco (ZnCl2) e água (H2O), em que ocorre a seguinte semirreação. 2 MnO2(aq) + 2 NH+4(aq) + 2 e_ H Mn2O3(s) + 2 NH3(g) + H2O(l) A reação global dessa pilha é: Zn(s) + 2 MnO2(aq) + 2 NH+4(aq) H Zn2+(aq) + Mn2O3(s) + 2 NH3(g) + H2O(l) Como o processo não é reversível, a pilha é primária e vai perdendo seus reagentes até parar de funcionar.

Pilha alcalina (+) Polo positivo

Recipiente em aço

Coletor de corrente

Eletrólito (KOH) Cátodo (MnO2)

Elaborada com base em: BOCCHI, Nerilso; FERRACIN, Luiz Carlos; BIAGGIO, Sonia Regina. Pilhas e baterias: funcionamento e impacto ambiental. Química Nova na Escola, São Paulo, n. 11, maio 2000. Disponível em: http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc11/v11a01.pdf. Acesso em: 11 out. 2024.

Representação em corte de uma pilha alcalina (imagem sem escala; cores fantasia).

LUIS MOURA

Em uma pilha alcalina, o eletrólito é constituído de hidróxido de sódio ou de potássio. Ela começou a ser produzida comercialmente em 1949, com a vantagem de fornecer correntes mais elevadas, conferindo melhor desempenho aos equipamentos, e de ter maior durabilidade.

Ânodo (zinco em pó)

Separador Tubo isolante (polietileno)

(_) Polo negativo

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UNIDADE

Até o final da década de 1980, essas pilhas continham cerca de 1% de sua massa em mercúrio, acarretando um problema ambiental decorrente do descarte inadequado desse metal tóxico. Com a mudança da legislação, atualmente, as pilhas alcalinas não contêm chumbo, cádmio ou mercúrio. De forma geral, elas apresentam as seguintes semirreações e reação global. Zn(s) + 2 OH_(aq) H ZnO(s) + H2O(l) + 2 e_ (ânodo) 2 MnO2(s) + H2O(l) + 2 e_ H Mn2O3(s) + 2 OH_(aq) (cátodo) Zn(s) + 2 MnO2(s) H ZnO(s) + Mn2O3(s) (reação global) As pilhas alcalinas são ótimas fontes portáteis de energia, apresentando durabilidade de cinco a oito vezes maior do que a das pilhas secas comuns.

FORMAÇÃO CiDADÃ

Uso e descarte de pilhas e baterias As pilhas e as baterias têm uma vida útil. Ou seja, depois de um tempo, perdem sua funcionalidade e precisam ser descartadas. As pilhas e as baterias recarregáveis podem ser utilizadas muitas vezes, mas também têm uma vida útil, ainda que maior do que a das pilhas comuns. É cada vez menor o uso de metais pesados em pilhas e baterias de uso comum. De toda forma, alguns cuidados devem ser tomados para o seu descarte apropriado quando param de funcionar.

LEO BURGOS/PULSAR IMAGENS

SEBASTIAN_PHOTOGRAPHY/SHUTTERSTOCK.COM

O Conselho Nacional do Meio Ambiente (Conama) elaborou e aprovou a resolução no 401, de 4 de novembro de 2008, que determina, entre outras providências, que o descarte de pilhas e baterias deve ser feito em postos de coleta específicos, existentes em pontos de venda como supermercados.

Diversos tipos de pilha e bateria (A). O fato de serem artefatos portáteis e de normalmente não apresentarem risco de o usuário sofrer choques elétricos popularizou o uso de pilhas e baterias na sociedade. Coletor para descarte de pilhas e baterias para reciclagem (B).

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ORACICART

Segundo a resolução do Conama, as pilhas e as baterias devem ter estampados um dos seguintes símbolos.

Simbologias que devem ser adotadas para pilhas e baterias.

ORACICART

Se o fabricante ou o importador tiver um sistema de reciclagem, poderá adicionar também um dos seguintes símbolos.

Representação de símbolos de reciclagem. As pilhas e as baterias com metais pesados (chumbo, níquel ou cádmio) abaixo dos índices previstos pela resolução podem ser descartadas com os resíduos sólidos comuns, pois oferecem menos risco ao ambiente. A responsabilidade de recolher e descartar de maneira adequada esses materiais é do fabricante, que precisa indicar postos de coleta, normalmente em estabelecimentos comerciais ou de assistência técnica. AT¡v¡DaDeS

Não escreva no livro.

1. Você já deve ter utilizado algum dispositivo que tem pilha ou bateria. Quando a pilha ou a bateria não teve mais uso, como foi descartada?

2. Você já encontrou um ponto de coleta apropriado para o descarte de pilhas e de baterias? Na sua percepção, esses locais são fáceis de ser encontrados?

3. O que você e seus colegas podem fazer para garantir que as leis e as resoluções sejam cumpridas e para que mais pontos de coletas sejam implantados na região onde vivem?

4. Faça uma pesquisa sobre o tema e elabore no caderno um pequeno texto relatando os problemas ambientais causados pelo descarte inadequado de pilhas e de baterias.

Pilhas recarregáveis As pilhas recarregáveis podem ser utilizadas inúmeras vezes sem que seus eletrodos se danifiquem. Existem várias combinações de substâncias que podem constituir pilhas recarregáveis: chumbo-ácido (Pb/H+), níquel-cádmio (Ni/Cd), níquel-hidreto metálico (Ni/MH), de íons de lítio (Li/Li+) etc. As baterias recarregáveis têm uma vantagem ambiental, por diminuírem muito o descarte se comparadas às comuns. Ainda assim, eventualmente serão descartadas, exigindo os mesmos cuidados que as pilhas comuns, pois também podem ser fabricadas com metais tóxicos. Apesar de terem um custo inicial mais elevado, o uso delas acaba sendo financeiramente compensador, uma vez que podem ser reutilizadas.

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UNIDADE

A bateria de lítio foi inventada na década de 1970, utilizando como eletrodos o sulfeto de titânio(IV) e o lítio metálico. Quando foi apresentada, era economicamente inviável, porque o sulfeto de titânio exigia condições especiais para seu preparo, aumentando muito seu preço. Além disso, esse sal, quando exposto ao ar, libera um odor muito desagradável. Por fim, o lítio metálico é altamente reativo, o que tornava o dispositivo perigoso. O mecanismo da reação química dessa bateria é mais complexo, dificultando sua representação em uma única equação; mas, de forma simplificada, pode-se considerar as seguintes semirreações. LiyC6(s) H C6(s) + y Li+(solv) + y e_ (ânodo) LixCoO2(s) + y Li+(solv) + y e_ H Lix + yCoO2(s) (cátodo) LixCoO2(s) + LiyC6(s) H Lix+yCoO2(s) + C6(s) (reação global) Essas pilhas são cada vez mais utilizadas, principalmente por causa da difusão dos aparelhos celulares.

É provável que muitos motoristas já tenham passado pela seguinte situação: ao precisarem sair com o carro, ele não ligou. Uma causa comum do problema, nesses casos, é a bateria, que pode ter chegado ao fim de sua vida útil. Há vários tipos de bateria para veículos automotores; porém, a mais comum é a de chumbo-ácido, inventada em 1859 pelo físico francês Gaston Planté (1834-1889). A bateria de carro comum funciona com seis As baterias automotivas contêm, além de pilhas conectadas em série, com potencial elétrico chumbo (metal tóxico), ácido sulfúrico, que é de aproximadamente 2 volts cada uma, totalizando altamente corrosivo. cerca de 12 volts. Cada pilha apresenta dois eletrodos à base de chumbo, sendo um deles de chumbo metálico e o outro de dióxido de chumbo, ambos imersos em uma solução concentrada de ácido sulfúrico. Também apresenta uma malha feita de chumbo-antimônio, que serve de suporte. As semirreações de cada eletrodo estão representadas a seguir.

DUSTYPIXEL/E+/GETTY IMAGENS

Baterias automotivas

(ânodo) Pb(s) + SO42_(aq) H PbSO4(s) + 2 e_ 2_ + _ PbO2(s) + SO4 (aq) + 4 H (aq) + 2 e H PbSO4(s) + 2 H2O(l) (cátodo) Pb(s) + PbO2(s) + 2 H2SO4(aq) H 2 PbSO4(s) + 2 H2O(l)

(reação global)

À medida que o motor funciona, um gerador alimenta a parte elétrica do carro e repõe a carga da bateria, consumida durante a partida do motor. Quando a bateria é descarregada, ela consome ácido sulfúrico e produz água. Quando recarregada, consome água e repõe o ácido sulfúrico. Por causa do aquecimento da bateria e do espaço no qual se encontra, é comum parte da água dela evaporar. Por isso, é importante levar o veículo a uma oficina mecânica com regularidade para que um profissional adicione água destilada à bateria, e sua vida útil não diminua. Atualmente, há outras baterias mais eficientes disponíveis no mercado, com mais autonomia e vida útil maior, mas a de chumbo/óxido de chumbo continua sendo a mais utilizada, tendo em vista seu preço menor.

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Célula a combustível

Um sonho antigo dos ambientalistas e de todas as pessoas que se preocupam com o ambiente é o desenvolvimento de um carro que não polua. As células a combustível, ou pilhas a combustível, têm aparecido como uma tecnologia capaz de realizar esse sonho, pois são dispositivos não poluentes por não liberarem os gases tóxicos resultantes da combustão. Embora a célula a combustível tenha sido proposta pela primeira vez no século XIX, só nas últimas décadas se desenvolveu a tecnologia capaz de torná-la comercialmente atrativa. Atualmente, o único combustível economicamente viável – embora outros estejam sendo pesquisados – é o hidrogênio. As semirreações e a reação global dessa bateria são: 2 H2(g) H 4 H+(aq) + 4 e_ (ânodo) O2(g) + 4 H+(aq) + 4 e_ H 2 H2O(l) (cátodo) 2 H2(g) + O2(g) H 2 H2O(l) (reação global) NED SNOWMAN/SHUTTERSTOCK.COM

Nas células de combustível, cerca de 50% da energia produzida é utilizada, sendo o restante perdido principalmente na forma de calor. Já a queima de um combustível, nos motores de combustão comuns, apresenta eficiência próxima a 35%. Ônibus movido a célula a combustível.

AT¡v¡DaDeS

Não escreva no livro.

1. Identifique, no cotidiano, objetos que funcionam à base de pilhas e baterias. Pense sobre a importância dessas fontes de energia. Agora, faça um exercício mental e tente imaginar como seria a vida se esses dispositivos não tivessem sido inventados.

2. Escreva, no caderno, a equação balanceada da reação química do íon Ag+ com o zinco metálico, produzindo o íon Zn2+ e a prata metálica.

3. Determine o Nox dos elementos químicos participantes das seguintes espécies químicas: H2SO4, KMnO4, Na3PO4, CaH2 e K2Cr2O7.

4. Determine os coeficientes estequiométricos da equação química a seguir. K2Cr2O7(aq) + SnCl2(aq) + HCl(aq) H KCl(aq) + CrCl3(aq) + SnCl4(aq) + H2O(l)

5. Considerando os exemplos de potencial-padrão apresentados anteriormente, proponha a construção

de uma pilha utilizando prata e alumínio e descreva, em seu caderno, como ela seria e qual seria seu potencial-padrão.

6. Procure a resolução no 401, de 4 de novembro de 2008, do Conama, leia-a e debata com seus colegas como ela afeta a vida de vocês.

7. Investigue os equipamentos domésticos presentes onde você mora que

utilizam pilhas e baterias. Compare o potencial elétrico e o formato das pilhas e baterias encontradas. É possível diferenciá-las?

Atenção: não desmonte as pilhas ou as baterias, pois as substâncias que as constituem podem ser tóxicas.

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NASA/JPL-CALTECH/VTAD

UNIDADE

TEMA

Eletroquímica: processos eletrolíticos Respostas e comentários deste Tema estão disponíveis nas Orientações para o professor.

A exploração de Marte apresenta grandes desafios relacionados à obtenção de recursos essenciais para a sobrevivência humana, como água potável, oxigênio e combustíveis. Um processo eletroquímico que pode ser fundamental para essas missões é a eletrólise de salmoura, uma técnica já utilizada na Terra para produzir algumas substâncias, como hidróxido de sódio, gás cloro e gás hidrogênio a partir da água salgada. Em Marte, onde se sabe da existência de água salinizada em algumas regiões, esse processo pode ser adaptado para extrair substâncias vitais para os astronautas e para futuras colônias. Por meio da eletrólise de salmoura marciana, seria possível decompor a água em suas substâncias elementares, os gases hidrogênio e oxigênio. O gás hidrogênio pode ser utilizado em combustíveis para veículos e sistemas de propulsão, enquanto o gás oxigênio é fundamental para a respiração humana e para a manutenção de ambientes pressurizados. Além disso, o sódio extraído da salmoura poderia ser utilizado em outros processos químicos, ajudando a criar uma economia sustentável no planeta vermelho. Dessa forma, o aproveitamento de recursos locais por meio da eletrólise de salmoura representa uma tecnologia promissora para a sobrevivência e a autossuficiência em Marte, permitindo que futuras missões dependam menos de suprimentos levados da Terra. Essa abordagem reduz os custos das missões e abre caminho para uma colonização do planeta de longo prazo.

O astromóvel Perseverance, desenvolvido pela Agência Espacial Americana (Nasa), foi enviado a Marte em fevereiro de 2021 para coletar amostras da superfície do planeta. Na imagem, o registro inédito da paisagem marciana feito pelo próprio equipamento, que ficou conhecido como "A primeira selfie tirada em Marte".

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Eletrólise Não escreva no livro.

Considera-se que a primeira decomposição da água, gerando os gases hidrogênio e oxigênio, por meio da eletricidade foi feita em 1800. O pro1 Você conhece alcesso usou uma corrente elétrica gerada de uma pilha voltaica, inventada guma aplicação da pouco antes por Alessandro Volta. Cabe ressaltar que, naquela época, ainda eletrólise? Cite pelo havia cientistas que consideravam a água uma substância simples, e não menos uma. composta. Pode-se dizer que, naquele momento, nascia a eletrólise. Mais tarde, ela foi utilizada para a obtenção de várias substâncias e, consequentemente, propiciou a descoberta de novos elementos químicos, como os metais alcalinos e alcalinoterrosos. A primeira tentativa de explicar a eletrólise foi apresentada em 1806 pelo cientista alemão Theodor von Grotthuss (1785-1822). Para ele, a eletrólise seria resultado da decomposição e da recombinação do eletrólito, ou seja, o polo negativo atrairia o hidrogênio (positivo) e o polo positivo atrairia o oxigênio (negativo). Embora não se tivesse a compreensão que se tem hoje da constituição da matéria, essa teoria ajudou a entender melhor o processo de eletrólise. Ao passar corrente elétrica por um líquido condutor, as espécies negativas são atraídas pelo polo positivo (ânodo), no qual são oxidadas (transferem elétrons). Simultaneamente, as espécies positivas são atraídas pelo polo negativo (cátodo), no qual são reduzidas (recebem elétrons). De forma geral, os íons são transformados em substâncias simples, induzidos pela corrente elétrica em um processo não espontâneo. Assim, a eletrólise é um processo em que as reações de oxirredução são induzidas por uma fonte externa de energia elétrica. Para que o processo de eletrólise aconteça, é indispensável a presença de íons livres em meio líquido, seja por meio da fusão de uma substância iônica, seja pela dissolução de eletrólitos em água. Além disso, são necessários dois eletrodos condutores conectados aos polos de uma fonte de energia elétrica. Além disso, diferentemente das pilhas, os dois eletrodos e o meio reacional devem estar em um mesmo recipiente. A eletrólise depende da energia fornecida por um gerador, que pode ser uma fonte, como uma tomada, uma pilha ou uma bateria. Nesse processo, ocorre a redução de uma espécie química no cátodo – o eletrodo negativo –, e a oxidae_ ção de outra no ânodo – o eletrodo positivo. Como essa reação de oxirredução não é (_) (+) espontânea, é necessário que o gerador e_ forneça potencial igual ou superior ao valor em módulo do DE correspondente às espéEletrodos inertes cies químicas envolvidas. (+) (_)

LUIS MOURA

REfliTA

Fonte de eletricidade Ânodo

Cátodo

Y_ X+ Y_ H Y + e_

X+ + e_ H X Receptor

Elaborado com base em: ATKINS, Peter; JONES Loretta. Princípios de Química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. 3. ed. Porto Alegre: Bookman, 2006. p. 559.

Representação de uma célula eletrolítica genérica (imagem sem escala; cores fantasia).

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UNIDADE

Note que há, portanto, algumas diferenças entre as células galvânicas e as eletrolíticas, que estão resumidas a seguir. Comparação entre células galvânicas e células eletrolíticas Tipo de célula A reação é espontânea?

Exemplos

Polo (+)

Polo (_)

Galvânica

Sim (DE . 0)

Pilhas e baterias

Cátodo (redução)

Ânodo (oxidação)

Eletrolítica

Não (DE , 0)

Eletrólise ígnea e aquosa

Ânodo (oxidação)

Cátodo (redução)

A eletrólise pode ser feita em solução aquosa ou com sais fundidos, chamadas respectivamente de eletrólise aquosa e de eletrólise ígnea. Na eletrólise aquosa, as substâncias são dissolvidas em água, criando uma solução eletrolítica. Nessa solução, os íons se movem livremente em direção aos eletrodos, nos quais ocorrem os processos de oxidação e redução. Além dos íons das substâncias dissolvidas e das moléculas de água, é importante considerar a presença das espécies H+ e OH_, resultantes da autoionização das moléculas de água, que também podem participar do processo eletrolítico. É possível, por exemplo, obter o gás cloro por meio de uma solução de ácido clorídrico ou o cobre metálico por meio de uma solução de sulfato de cobre(II). A eletrólise ígnea é muito utilizada para produzir algumas substâncias simples, principalmente as que são muito reativas e encontram-se na forma de substâncias compostas na natureza. Por meio de outros métodos, sua obtenção seria muito difícil.

Obtenção de alumínio e metais alcalinos Embora seja um dos metais mais abundantes na crosta terrestre, o aluNão escreva mínio metálico, em razão da dificuldade de ser reduzido, só foi produzido em REfliTA no livro. laboratório em 1825. Atualmente, para a obtenção de alumínio, utiliza-se a bauxita (um mineral 2 Qual é a importância da reciclagem natural de óxido de alumínio), que, após ser purificada, é dissolvida em soda do alumínio? cáustica para a obtenção da alumina (Al2O3). Esta é fundida e passa por um processo de eletrólise, utilizando-se eletrodos de carbono (C), que reagem com o gás oxigênio produzido, formando dióxido de carbono. A equação a seguir representa essa reação. Alguns metais alcalinos só foram isolados como substâncias simples após a descoberta da eletrólise ígnea. O processo de eletrólise de sais envolve também sua fundição, para que o material possa conduzir corrente elétrica, já que, no estado sólido, por causa de sua organização em estruturas cristalinas, sais não conduzem eletricidade. Acompanhe o caso do cloreto de sódio. Acima de 808 °C, ele funde-se e conduz corrente elétrica, possibilitando sua eletrólise, representada pela equação. 2 NaCl(l) H 2 Na(s) + Cl2(g)

CADU ROLIM/FOTOARENA

2 Al2O3(aq) + 3 C(s) H 4 Al(s) + 3 CO2(g)

Barragem de rejeito de bauxita. Alumínio (SP), 2019.

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Esses metais alcalinos na forma de substâncias simples têm grande aplicabilidade em laboratórios químicos, mas precisam ser manipulados com cautela pela grande quantidade de energia liberada em suas reações com diversas substâncias, como a água.

Galvanoplastia Não escreva no livro.

A primeira galvanoplastia registrada, também chamada de eletrodeposição, foi feita pelo químico italiano Luigi Valentino Brugnatelli (1761-1818), 3 Você já utilizou que dourou uma moeda por meio desse processo. No entanto, o engenheiro algum material gale físico alemão Moritz Hermann von Jacobi (1801-1874) impulsionou o uso vanizado, niquelado dessa técnica ao realizar experimentos com pilhas de zinco e de cobre. Ele ou cromado? observou a deposição de cobre no eletrodo e percebeu que o cobre podia revestir objetos cobertos por grafite. Esse é um bom exemplo de conhecimento científico que rapidamente se converte em tecnologia e se expande de forma acelerada na produção de novos bens de consumo. O objeto que se pretende revestir deve ser o eletrodo ligado ao polo negativo. Dessa forma, ele será o cátodo da célula eletrolítica, e a deposição do metal que é reduzido ocorrerá nele. Portanto, a galvanoplastia ou eletrodeposição é um processo de deposição de metais em objetos mergulhados em soluções com íons desses metais por meio da passagem de corrente elétrica. Na galvanização, os materiais são revestidos de metais mais nobres, com o objetivo de conferir a eles características do metal depositado, embora este forme apenas uma fina camada sobre o material revestido. Há vários processos de galvanoplastia, que são nomeados de acordo com os metais utilizados na deposição. REfliTA

Banhado em ouro

O ouro é um metal nobre e de grande durabilidade, porém de preço alto. Por isso, muitos objetos são feitos com metais comuns, como o alumínio e o ferro, e revestidos de uma fina camada de ouro. Nesse caso, o objeto é conectado ao polo negativo da fonte de corrente elétrica. O polo positivo é constituído por um eletrodo de ouro, e os dois eletrodos estão mergulhados em uma solução de nitrato de ouro(III) (Au(NO3)3).

Cromado

A cromação é um processo de galvanoplastia no qual uma fina camada de cromo é depositada sobre a superfície de um objeto, geralmente metálico. Esse revestimento confere ao material maior resistência à corrosão, maior durabilidade e um acabamento brilhante. O cromo aplicado também oferece maior dureza à superfície e proteção contra o desgaste, sendo amplamente utilizado em peças automotivas, utensílios domésticos, equipamentos industriais e até mesmo em acessórios decorativos.

Banhado em prata

A prata, assim como o ouro, é um metal nobre e de custo elevado. Por isso, muitos objetos são fabricados com metais menos nobres e, posteriormente, revestidos de prata para lhes conferir aparência e características mais atrativas. Para fazer esse revestimento, o objeto é ligado ao polo negativo da fonte que alimenta o sistema. Como polo positivo, utiliza-se um eletrodo de prata em uma solução que contenha um sal solúvel de prata, por exemplo, o nitrato de prata (AgNO3).

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Leis de Faraday

REfliTA

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Com base nas equações químicas das pilhas estudadas em Tema anterior, é possível perceber que a quantidade de elétrons que circula é proporcional à 4 Do seu ponto de vista, qual deve ser quantidade de reagentes consumidos e de produtos formados. a relação entre o O químico e físico inglês Michael Faraday se dedicou a estudar essas tamanho da pilha e relações de modo minucioso e sistemático. Ele propôs, em 1834, algumas seu funcionamento? leis às quais esses processos estariam submetidos, que ficaram conhecidas como leis de Faraday. Considerando o balanceamento necessário para semiequações em geral, ele enunciou sua primeira lei, conhecida como primeira lei de Faraday. Ela estabelece que a quantidade de metal depositada em uma célula eletrolítica é proporcional à quantidade de carga elétrica que passa pelo sistema. Matematicamente, essa lei pode ser expressa pela equação a seguir.

UNIDADE

m=K?Q Na equação, m representa a massa (g) de metal depositada, K, uma constante de proporcionalidade e Q, a quantidade de carga em coulomb (C). A quantidade de carga, por sua vez, é dada pela seguinte equação. Q = i ? Dt Na equação, i é a corrente (A) e Dt, a variação do tempo (s). Com base em seus experimentos, Faraday chegou a uma constante de carga relacionada à quantidade de matéria dos metais formados ou consumidos nas pilhas e nos processos de eletrólise. Essa constante, denominada constante de Faraday em sua homenagem, é representada pela letra F e equivale a 96 485 C/mol. Esse valor representa a quantidade de carga de um mol (6,02 ? 1023 mol_1) de elétrons, cuja carga unitária é igual a 1,6 ? 10_19 C. Outra contribuição importante de Faraday foi para o entendimento dos aspectos quantitativos das células eletrolíticas conectadas em série. Quando dispositivos eletroquímicos estão dispostos em sequência, todos são atravessados pela mesma corrente elétrica, ou seja, a quantidade de elétrons que flui por cada um deles permanece constante. Como resultado desse estudo, o cientista enunciou sua segunda lei, conhecida como segunda lei de Faraday. Ela estabelece que, quando dois dispositivos são ligados em série, as massas das substâncias químicas eletrolisadas em cada um dos dispositivos, apesar de diferentes entre si, são diretamente proporcionais à quantidade de carga fornecida pelo gerador, e a quantidade depositada de substância é proporcional à sua massa molar dividida pela variação de seu Nox. Essas leis permitiram uma melhor compreensão de vários processos eletroquímicos, até então não muito claros. Além disso, possibilitaram a determinação da massa molar de vários metais ou da variação de seu Nox em processos específicos.

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Como evitar a corrosão A corrosão afeta principalmente os metais, em especial as ligas metálicas, uma vez que metais puros raramente são utilizados em produtos. Esse processo pode ser definido como a oxidação de um metal, um fenômeno químico em que o metal perde elétrons de valência, tornando-se um cátion. Inicialmente, a oxidação gera a Ponte de ferro desgastada por ferrugem. São Paulo (SP), 2022. formação de óxidos, que têm propriedades bastante diferentes do material original. Os efeitos dessa oxidação variam conforme a composição do metal, sendo a ferrugem, por exemplo, um dos casos mais comuns. A ferrugem é o resultado da reação do ferro com o gás oxigênio do ar, e sua formação é acelerada pela presença de água e sais.

RAFAEL FELIX/PULSAR IMAGENS

AlGO A

O grande problema da corrosão, especialmente da ferrugem, é que ela compromete as propriedades essenciais do material, como sua integridade estrutural. O óxido de ferro hidratado, principal componente da ferrugem, é um sólido poroso e pouco aderente à superfície do metal, o que leva à perda gradual do ferro e ao dano irreversível da peça corroída. Esse desgaste impacta diretamente a funcionalidade dos materiais, reduzindo sua vida útil e seu desempenho. Para impedir ou minimizar a corrosão, é essencial adotar medidas que retardem o processo de oxidação dos metais. Algumas estratégias incluem o uso de ligas mais resistentes, como o aço inoxidável, que contém cromo e forma uma camada protetora na superfície do material. Além disso, proteger objetos metálicos da exposição ao gás oxigênio e à umidade, aplicar revestimentos como tintas ou óleos, cobrir o metal com camadas de outros metais menos reativos ou utilizar ânodos de sacrifício são métodos eficazes de preservação. Todos esses procedimentos são amplamente estudados e aplicados em diversos setores, refletindo a importância contínua de combater os danos causados pela corrosão.

AT¡v¡DaDeS

Não escreva no livro.

1. Liste objetos de seu dia a dia que sejam feitos de alumínio e compare suas vantagens e desvantagens em relação a esses mesmos objetos feitos de outros materiais.

2. Pesquise a Ficha de Informações de Segurança de Produtos Químicos (FISPQ) do sódio metálico e

descubra quais são os riscos de manusear essa substância. Procure vídeos disponíveis na internet que mostrem sua reação com a água.

3. Para revestir de ouro um objeto, é preciso conectá-lo ao polo negativo da fonte de corrente elétrica.

O polo positivo é constituído por um eletrodo de ouro, e os dois eletrodos estão mergulhados em uma solução de nitrato de ouro(III) (Au(NO3)3). Escreva, no caderno, a semirreação que acontece no ânodo e a que ocorre no cátodo nesse processo de revestimento.

4. Se você somar as duas semirreações que representam o processo de revestimento de ouro do objeto, observará que elas se anulam. Então, como você pode explicar o processo descrito?

5. Escreva, no caderno, a reação global para o processo de cromação com base nas semirreações dadas. Cátodo: Cr3+(aq) + 3 e_ H Cr(s) Ânodo: 2 H2O(l) H 4 H+(aq) + O2(g) + 4 e_

6. Embora a prata seja pouco reativa, objetos feitos dela ficam, com o tempo, opacos e sem o brilho característico. Isso ocorre pelo contato com íons de enxofre, presentes em muitos materiais orgânicos, e com o gás oxigênio do ar em meio ácido. A equação a seguir descreve esse processo. 4 Ag(s) + O2(g) + 2 S2_(aq) + 4 H+(aq) ê 2 Ag2S(s) + 2 H2O(l) Esses materiais podem ser polidos com material abrasivo, mas isso desgasta o objeto com o tempo. Pesquise de que forma pode ser mais eficiente limpá-los e indique a reação que traduz esse processo de limpeza.

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UNIDADE

TEMA

Radioatividade Respostas e comentários deste Tema estão disponíveis nas Orientações para o professor.

A tomografia computadorizada utiliza radiação para obter imagens detalhadas do interior do corpo.

GETTY IMAGES

No final do século XIX, cientistas identificaram um fenômeno que mudaria a compreensão da matéria e da energia: a radioatividade. Observando minérios contendo urânio, verificaram que esses materiais emitiam radiação de forma espontânea, independentemente de fatores externos, como a exposição à luz ou ao calor. Essa radiação invisível era capaz de atravessar barreiras sólidas e até de alterar a estrutura de átomos, revelando propriedades da matéria que, até então, eram desconhecidas. Marie Curie, uma das figuras mais importantes nesse campo, dedicou sua vida a investigar os mistérios da radioatividade. Suas pesquisas ampliaram o conhecimento científico sobre o comportamento atômico e abriram caminho para o desenvolvimento de novas tecnologias, especialmente na Medicina. O uso de radiação no tratamento de doenças, como o câncer, foi uma das muitas contribuições desse campo revolucionário. Ao longo deste Tema e do próximo, serão explorados os princípios da radioatividade, o modo como a instabilidade dos núcleos atômicos origina a emissão de radiação e como esse fenômeno foi importante para o desenvolvimento de tecnologias, inclusive na área da saúde, e de novas fontes de energia. A radioatividade, apesar de seus riscos, é uma das maiores descobertas da Ciência Moderna e continua a desempenhar um papel fundamental na Medicina, na geração de energia e na compreensão do Universo.

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Modelos atômicos Não escreva no livro.

1 Para você, o que são átomos?

Cientistas, por meio da abstração, constroem modelos que possam representar e explicar fenômenos, buscando, assim, compreender melhor a realidade. Um modelo fundamental para toda a Ciência Moderna é o de átomo. Conforme estudado, a ideia de átomo foi concebida inicialmente por filósofos gregos, mas assumiu uma perspectiva científica com o modelo de Dalton no início do século XIX. Com base nela e em resultados experimentais, Thomson propôs outro modelo, no qual o átomo seria uma esfera carregada positivamente, dentro da qual haveria corpúsculos arranjados em espécies de anéis paralelos e concêntricos, de acordo com artigo publicado em 1904. Esses corpúsculos, mais tarde, foram denominados elétrons, termo que havia sido sugerido por Stoney para designar a unidade fundamental da eletricidade. Já no início do século XX, o trabalho colaborativo de Geiger, Marsden e Rutherford apresentou a perspectiva de um átomo constituído, em sua maior parte, por um espaço vazio, com um núcleo positivo muito pequeno no centro, ao redor do qual os elétrons movem-se constantemente. Alguns anos depois, a caracterização do nêutron, descrita por Chadwick, permitiu justificar a estabilidade do núcleo positivo. A quantidade de nêutrons no núcleo atômico pode variar entre os átomos de um mesmo elemento químico, constituindo os chamados isótopos. Em consequência, esses isótopos apresentam diferentes números de massa. Cada isótopo de um mesmo elemento químico é denominado nuclídeo. Na primeira metade do século XX, Ciências como a Física e a Química avançaram a passos largos. Nesse contexto, com base no modelo atômico de Rutherford, Bohr propôs um modelo que permitiu explicar como os átomos absorvem e emitem energia, ao considerar que os elétrons dos átomos estão distribuídos em níveis de energia discretos denominados camadas. O modelo considerava também que, para passar de um nível para o outro, os elétrons absorvem ou emitem energia. Relembre-o a seguir. Energia liberada

Energia absorvida

Representação dos processos de absorção e de emissão de energia segundo o modelo de Bohr (imagem sem escala; cores fantasia).

Núcleo

Salto quântico

PAULO CÉSAR PEREIRA

REfliTA

Esse modelo explicava bem o comportamento do hidrogênio e de íons hidrogenoides, que têm apenas um elétron, mas não dava conta de explicar, com precisão, a complexidade de átomos maiores. Nesse contexto, inicia-se uma nova possibilidade de estudo de sistemas físicos em escala atômica.

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UNIDADE

Modelo atômico quântico Alguns acontecimentos contribuíram para que a compreensão da estrutura da matéria avançasse. • O entendimento da emissão de radiação do corpo negro, em 1900, propiciado pelos estudos do físico alemão Max Planck. • O entendimento da interconversão de matéria em energia (E = mc2), em 1905, propiciado pelos estudos do físico alemão Albert Einstein. • O desenvolvimento da equação diferencial que descreve o estado quântico de um sistema físico em função do tempo, em 1921, propiciado pelos trabalhos do físico austríaco Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger (1887-1961). • O princípio da incerteza, em 1925, proposto pelo físico alemão Werner Karl Heisenberg (1901-1976).

PORBITAL.COM/SHUTTERSTOCK.COM

Esses e outros trabalhos serviram de base para o desenvolvimento da Mecânica Quântica, um campo de estudos que reúne conceitos, modelos e teorias da estrutura do átomo e da dinâmica de partículas subatômicas. De acordo com esse conjunto de estudos, os elétrons não giram em órbitas circulares ou elípticas, mas sim ocupam regiões onde a probabilidade de encontrá-los é maior. Essas regiões são denominadas orbitais, que são organizados em 7 níveis de energia, relativos às camadas propostas no modelo de Bohr (K, L, M, N, O, P e Q). Cada nível, por sua vez, é dividido em subníveis (s, p, d e f), que apresentam diferentes quantidades de orbitais. E cada subnível pode acomodar um número máximo de elétrons. Acompanhe, a seguir, uma representação dos orbitais atômicos.

Subnível s

Subnível p

Subnível

Quantidade de orbitais

Máximo de elétrons no subnível

Subnível d

Subnível f

Representação dos orbitais atômicos nos subníveis de energia (imagem sem escala; cores fantasia).

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A quantidade de subníveis cresce gradativamente de acordo com o nível de energia. Por isso, os níveis também apresentam quantidade máxima de elétrons, conforme mostrado a seguir. Quantidades de elétrons nos níveis e subníveis Quantidade de elétrons por subnível

Quantidade máxima* de elétrons no nível

Nível

Camada

2 8 18

18 8 *Quantidade identificada experimentalmente.

EDITORIA DE ARTE

Quando os elétrons se encontram em um nível e um subnível, uma maneira de designá-los é indicar o nível pelo seu número e o subnível pela letra. O átomo do elemento neônio (Ne) tem 2 elétrons em 1s, 2 elétrons em 2s e 6 elétrons em 2p. O número de elétrons em cada nível e subnível pode ser indicado na forma sobrescrita após a letra do subnível. Assim, a distribuição de elétrons do átomo de Ne é a seguinte: 1s22s22p6. Perceba que o Ne, um gás nobre, apresenta o número máximo de elétrons em cada subnível. Quando se faz a distribuição de elétrons nos níveis e subníveis, nem sempre um nível começa a ser preenchido após o preenchimento completo do anterior. Para que o átomo se mantenha estável, os elétrons devem se distribuir nos subníveis em ordem crescente de energia (em geral, s , p , d , f), ocupando cada subnível menos energético antes de preencher o próximo. 7s

Energia crescente

6s 5s 4s 3s

7p 6p 5p 4p

6d 5d

5f 4f

4d 3d

3p 2p

2s 1s

Representação dos subníveis em ordem crescente de energia.

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UNIDADE

Níveis

TARUMÃ

Esse princípio, proposto pelo físico alemão Erwin Madelung (1881-1972), foi a base para o desenvolvimento de um diagrama de energia para os subníveis, que ficou conhecido como diagrama de preenchimento ou diagrama de distribuição eletrônica.

2 8 18 32 32 18 8

É importante ressaltar que o diagrama deve ser utilizado para auxiliar na distribuição eletrônica. Os estudantes não precisam decorá-lo. Alguns materiais e exames de vestibulares se referem a ele como diagrama de Pauling, entretanto não há evidências de que o químico estadunidense Linus Pauling tenha sido responsável por seu desenvolvimento.

Diagrama de preenchimento Número máximo de elétrons em cada subnível

Representação do diagrama de preenchimento.

A ordem de preenchimento dos subníveis pode ser prevista de acordo com a sequência indicada pelas setas verdes diagonais, conectadas pelas linhas azuis. Até aqui, os modelos atômicos foram retomados e o modelo quântico foi introduzido. Agora, serão abordados os processos radioativos e as aplicações tecnológicas desse conhecimento.

Estudos sobre a radioatividade

REfliTA

Não escreva no livro.

A radiação refere-se à energia que se propaga a partir de um mate- 2 No seu entendirial, seja por meio de ondas eletromagnéticas (como a luz e os raios X), seja mento, a radiação por partículas (como elétrons e prótons). Ela pode ocorrer de forma natural, é um fenômeno como na radiação solar ou na radioatividade de elementos como o urânio, artificial? ou ser gerada artificialmente, como em aparelhos de raio X ou em reatores nucleares. Dependendo de suas características, a radiação pode ser utilizada para diferentes fins, como na comunicação, na geração de energia e em tratamentos médicos.

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DESIGNUA/SHUTTERSTOCK.COM

Espectro eletromagnético Imagem em infravermelho Luz do Sol

Fontes radioativas

Raio X na Medicina

Raios gama

Raios X

Luz visível

Ultravioleta

Comprimento de onda

Infravermelho

Espectro visível

Frequência

Rádio AM Rádio FM

Forno de micro-ondas

Micro-ondas

Ondas de rádio

Comprimento de onda Frequência

Aplicações e ocorrência de ondas eletromagnéticas (imagens sem escala; cores fantasia).

Pouco tempo após a descoberta dos raios X, Röentgen produziu uma imagem dos ossos da mão de sua esposa, que usava um anel. Para isso, foi necessário um tempo de exposição aos raios de cerca de 15 minutos (A). Atualmente, é possível obter uma radiografia com ótima resolução em segundos (B).

DRAGANA GORDIC/SHUTTERSTOCK.COM

O físico alemão Wilhelm Conrad Röentgen (1845-1923) fez uma descoberta acidental ao avaliar se os raios catódicos se propagavam para além do tubo de Crookes. Para realizar esse estudo, fechou todo o laboratório e cobriu o tubo com papel-cartão preto. Ele notou que, quando ligava o gerador de eletricidade, surgia uma luz esverdeada em um canto do laboratório. Constatou que a luz não escapava do tubo, mas sim de um cartão fluorescente, que pretendia utilizar em outro experimento. Percebeu, então, que havia se deparado com algo novo e se dedicou a elucidar sua descoberta. Em 1895, publicou um artigo descrevendo suas observações e os resultados preliminares desse novo tipo de fenômeno. Embora o descrevesse com precisão, por não conhecer sua natureza, chamou-o de raios X. WORLD HISTORY ARCHIVE/ALAMY/F OTOARENA Röentgen constatou que os raios X penetravam nos mais diversos materiais, A exceto em placas de chumbo. Aproximou, então, um pequeno disco de chumbo do cartão fluorescente, esperando enxergar sua sombra, entretanto observou, além da sombra do disco, os ossos de sua mão, propriedade que logo chamou a atenção de médicos. Como poucas vezes ocorreu na história, essa descoberta científica resultou, no prazo de cerca de um ano, em diversos livros e panfletos, bem como em muitos artigos sobre os raios X. Em pouco tempo, o procedimento passou a ser utilizado em larga escala na Medicina. Cabe ressaltar que, em muitos países, os raios X são conhecidos como raios Röentgen. B

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Röentgen, após ter ganhado o Nobel de Física, doou o prêmio em dinheiro à Universidade de Würzburg, na Alemanha, por acreditar que a Ciência deve estar a serviço do bem-estar da humanidade, e não subjugada a ganhos financeiros. Além disso, não registrou a patente dos raios X, permitindo que fossem empregados livremente. Mais de um século após a descoberta dos raios X, é quase impossível conceber a prática médica diária sem sua existência. A identificação dos raios X motivou muitos cientistas da época a pesquisarem seus efeitos sobre diferentes materiais e objetos. Nesse contexto, o físico francês Antoine-Henri Becquerel (1852-1908) resolveu testar sua hipótese de que as substâncias fosforescentes deveriam emitir radiação semelhante à dos raios X. AlGO A

Materiais fosforescentes

MYSHKOVSKYI/SHUTTERSTOCK.COM

A fosforescência é um fenômeno físico no qual um material absorve radiação (geralmente luz ultravioleta) e, em seguida, emite radiação de comprimento de onda maior, como a luz visível, ao longo de um período prolongado. Os materiais fosforescentes brilham no escuro, mesmo após a fonte de excitação ser removida, pois a liberação de energia ocorre de forma lenta e contínua. Esse comportamento contrasta com a fluorescência, na qual a emissão de luz cessa quase imediatamente após o fim da excitação. A principal diferença entre a fluorescência e a fosforescência está no tempo de emissão: na fluorescência, a liberação de luz ocorre em escala de nanosegundos, mas, na fosforescência, pode durar de milisegundos até várias horas.

Objetos decorativos ou brinquedos podem ser feitos de material fosforescente.

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THE PRINT COLLECTOR/ALAMY/FOTOARENA WABENO/SHUTTERSTOCK.COM

Para testar sua hipótese, Becquerel escolheu um sal fosforescente de urânio e a colocou sobre uma chapa fotográfica embrulhada em papel-cartão preto exposta ao sol. Ele esperava que a amostra, ao absorver a radiação solar, emitiria algo semelhante a raios X, que atravessariam o papel. Por causa do clima nublado em Paris, ele não pôde realizar o experimento imediatamente e guardou o material em uma gaveta. Quando revelou a chapa, Becquerel esperava encontrar uma marca fraca, proveniente de uma fosforescência residual do cristal, mas ficou surpreso ao notar uma mancha intensa. Ele concluiu, então, que a radiação emitida pelo cristal de urânio era uma característica própria, ou seja, não dependia da exposição à luz solar para ocorrer. Testando outros sais de urânio, percebeu que essa propriedade provinha dos átomos desse elemento químico. Notou também que a intensidade da radiação emitida era proporcional à concentração de átomos de urânio nas amostras. Sem compreender bem o fenômeno, Becquerel acabara de descobrir uma nova forma de radiação, que, posteriormente, seria denominada radioatividade. Becquerel também observou que uma amostra natural de um minério de urânio apresentava uma intensidade de radiação muito maior do que as demais. Ele concluiu que esse minério deveria ter algo, além do urânio, que possibilitava maior intensidade de radiação. À procura de um tema para sua tese de doutorado, Marie Curie se interessou pelos trabalhos de Becquerel e decidiu investigar esse minério para descobrir por que a radioatividade era mais intensa nele. Auxiliada por seu marido, o físico francês Pierre Curie (1859-1906), isolou dois elementos, muito mais radioativos do que o urânio: o polônio e o rádio. O primeiro recebeu esse nome em homenagem à terra natal de Marie Curie, a Polônia, e o segundo foi nomeado em razão da radioatividade muito intensa (do latim radium, que significa “irradiar”). Em 1903, Becquerel recebeu o Prêmio Nobel de Física pela descoberta da radioatividade espontânea, dividindo as honras e o prêmio com Pierre e Marie Curie por suas pesquisas conjuntas sobre o fenômeno da radiação, descoberto por Becquerel. O casal Curie levou metade do prêmio financeiro. Casal Curie em seu laboratório em 1898.

ESPAÇOS DE APRENDiZAGEM

• Esta animação em inglês, com opção de legenda em português, apresenta uma biografia da cientista Marie Curie. O GÊNIO de Marie Curie: Shohini Ghose. [S. l.: s. n.], 2017. 1 vídeo (5 min). Publicado pelo canal TED-Ed. Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=w6JFRi0Qm_s. Acesso em: 7 out. 2024.

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UNIDADE

Marya Salomea Sklodowska: a mulher antes de Marie Curie Nascida na Polônia, na época em que a região era dominada pelo Império Russo, Marya Salomea Sklodowska tinha muitos apelidos quando jovem, sendo Manya o modo com que sua família se referia a ela. Ainda criança, mostrava interesse por Física e Matemática, em grande parte, incentivada por seu pai, que lecionava esses componentes curriculares em escolas de Ensino Básico. Depois de completar o Ensino Médio, estudou na Universidade Volante de Varsóvia, a única no país que matriculava mulheres. Foi por causa disso que ela, assim como sua irmã mais velha, mudou-se para a França; país onde o direito de frequentar universidades era garantido às mulheres.

AINHOA RUDI ENDERIZ/WIKIPEDIA/WIKIMEDIA CREATIVE COMMONS CC0 4.0

FORMAÇÃO CiDADÃ

Com as economias que guardou durante o longo período em que trabalhou como professora e como governanta para uma família abastada, conseguiu custear sua viagem a Paris. Marya Sklodowska aos 16 anos. Assim, Manya foi aceita na já renomada Faculdade de Ciências Varsóvia (Polônia), 1883. da Universidade de Sorbonne. […] […] ela não era mais chamada de Manya, nem mesmo Marya: em sua ficha de registro, ela escreveu, à maneira francesa, ‘Marie Sklodowska’. Mas como seus colegas não conseguiam pronunciar as sílabas bárbaras de ‘Sklodowska’ […] ela manteve uma espécie de anonimato misterioso. Muitas vezes, nos amplos corredores, jovens encontravam essa garota tímida e de rosto obstinado, com cabelos macios e claros, que se vestia com uma distinção austera e empobrecida, e se perguntavam: ‘Quem é?’ A resposta, quando havia, era vaga. ‘É uma estrangeira com um nome impossível. […] Não fala muito.’ Os olhos dos rapazes a seguiam […] pelo corredor, e então concluíam: ‘Cabelos bonitos!’ O cabelo loiro-acinzentado e a pequena cabeça eslava foram, por muito tempo, a única identificação que os estudantes da Sorbonne tinham para sua tímida colega. […] CURIE, Eve. Madame Curie: a biography. Tradução para o inglês: Vincent Sheean. 2nd. ed. [S. l.]: Da Capo Press, 2001. p. 95-96. Tradução nossa.

Seu desempenho como pesquisadora fez com que se tornasse cada vez mais reconhecida, a ponto de ser a primeira mulher a lecionar na Universidade de Sorbonne. Marie Curie também foi pioneira ao receber o Prêmio Nobel, dividindo a honra com Becquerel e Pierre Curie. Em 1911, foi novamente laureada, dessa vez com o Prêmio Nobel de Química, por sua descoberta de dois elementos químicos – o rádio e o polônio – e pelo isolamento e estudo da natureza do rádio. Com isso, tornou-se a primeira e única pessoa até hoje a receber o Prêmio Nobel em duas áreas diferentes da Ciência. Além de ter contribuído para o avanço da área científica, ela participou ativamente da Primeira Guerra Mundial, ensinando técnicas de radiografia às enfermeiras. Ela utilizou unidades de radiografia móvel para ajudar a tratar soldados com ferimentos de guerra.

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AT¡v¡DaDeS

1914.

QUIRKCRAFT STUDIO/SHUTTERSTOCK.COM

PHOTO 12/ALAMY/FOTOARENA

Marie Curie em uma unidade móvel de radiografia em Não escreva no livro.

1. Como a trajetória de Marya Sklodowska, antes de se tornar Marie Curie, reflete os desafios enfrentados pelas mulheres que buscavam ingressar na Ciência no final do século XIX?

2. Em seu entendimento, de que maneira o reconhecimento de Marie Curie, ao ser a primeira mulher a lecionar na Sorbonne e a única pessoa a ganhar dois Prêmios Nobel em áreas diferentes da Ciência, impactou a posição das mulheres na Ciência?

Emissão de partículas Não escreva no livro.

As transformações químicas têm aspecto diferente das transformações nucleares. Nas transformações químicas, há o rearranjo de átomos, com a 3 O que torna os átoformação de novas substâncias, mas sem a alteração dos núcleos atômicos. Já mos de um elemennas transformações nucleares, ocorrem mudanças na estrutura dos núcleos to radioativos? dos átomos, com a formação de átomos de novos elementos químicos. Essas mudanças ocorridas nos núcleos levam a alterações nas eletrosferas, pois estas se constituem em função dos núcleos dos átomos. Como as quantidades de energia envolvidas nas transformações nucleares são de ordem muito maior do que as envolvidas nas transformações químicas, as duas recebem abordagens distintas. A seguir, serão estudadas três transformações nucleares: as emissões alfa (a), as emissões beta (b) e as emissões gama (y). Antes, vale retomar alguns conceitos. Os átomos de um mesmo elemento químico com diferentes números de nêutrons são chamados de isótopos. O exemplo mais simples é o do hidrogênio, cujos átomos, todos com um próton, podem apresentar zero nêutron, hidrogênio (11H ou H); um nêutron, deutério (12H ou D); ou dois nêutrons, trítio (13H ou T). O hidrogênio é o único elemento cujos isótopos recebem nomes específicos. Os demais são referidos pelo nome e número de massa, como os dois isótopos mais comuns do urânio: urânio-235 238 (235 97U) e urânio-238 ( 97U). Lembrando que os isótopos de um mesmo elemento químico são referidos como nuclídeos. Ou seja, o hidrogênio apresenta três nuclídeos, e o urânio, dois. REfliTA

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Decaimento radioativo A estabilidade dos átomos, em especial do núcleo, resulta do equilíbrio entre as forças que atuam entre prótons e nêutrons. No entanto, nem sempre essas forças conseguem manter a coesão entre as partículas subatômicas, o que torna o núcleo instável. A presença de nêutrons no núcleo é essencial para neutralizar a repulsão eletrostática entre os prótons, que têm carga positiva. À medida que o número de prótons em um átomo aumenta, é necessário um número crescente de nêutrons para manter o núcleo estável. Entretanto, se a quantidade de nêutrons se desviar muito do ideal, ou seja, quanto mais longe a razão entre o número de prótons e nêutrons estiver de 1, mais instável será o núcleo.

UNIDADE

Número de prótons e nêutrons de alguns nuclídeos

Nome

No atômico (Z)

No de massa (A)

No de nêutrons (N)

Razão Z N

Hidrogênio

–

Hélio

Oxigênio

Cloro

1,1

Bromo

1,3

Iodo

127

1,4

Disprósio

162

1,5

Platina

195

117

1,5

Tório

232

142

1,6

Urânio

238

146

1,6

( (

Quando a proporção entre prótons e nêutrons não é adequada para estabilizar o núcleo, ele desintegra-se, transformando-se em outro núcleo mais estável. Nesse processo, chamado decaimento radioativo, o núcleo emite energia na forma de radiação, o que pode resultar na formação de um novo elemento, pois há uma alteração nas quantidades de partículas nucleares. O decaimento radioativo é medido pelo tempo de meia-vida, que é o tempo necessário para que metade dos átomos de um isótopo radioativo em uma amostra decaia. Esse tempo pode variar enormemente, de frações de segundo a milhões de anos, dependendo da instabilidade do núcleo. O carbono-14, por exemplo, tem um tempo de meia-vida de aproximadamente 5 700 anos, o que significa que, a cada 5 700 anos, metade da massa de carbono-14 presente em um material. Acompanhe a seguir a representação gráfica do decaimento radioativo de uma amostra de carbono-14.

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ORACICART

Tempo de meia-vida de uma amostra de carbono-14 Massa (g) 1

Decaimento radioativo do carbono-14 Massa de C-14

Tempo total (anos)

0,5 g

5 700

0,25

0,25 g

5 700 ? 2 = 11 400

0,125

0,125 g

5 700 ? 3 = 17 100

0,5

5 700

11 400

17 100 Tempo (anos) Fonte: Dados fictícios.

O decaimento radioativo pode ocorrer de diferentes maneiras, conforme demonstrado a seguir.

Emissão alfa (a) A emissão alfa, ou radiação alfa (a), acontece quando um núcleo radioativo – instável – emite uma partícula alfa, a qual é constituída por dois prótons e dois nêutrons. Essas partículas são representadas pela letra grega a (lê-se: alfa) e correspondem ao núcleo do átomo de hélio, ou seja, são idênticas ao íon He2+. Em razão dessa carga positiva acentuada, essa radiação apresenta alto poder de ionização, ou seja, quando penetra certo meio, captura elétrons com facilidade, afetando o ambiente em torno de si, conforme descreve a equação. a + 2 e_ H 42He

4 2

Apesar disso, por ter massa elevada, sua penetrabilidade em tecidos biológicos – como epiderme, derme, hipoderme – e em outros meios é baixa. Uma folha de papel já é suficiente para bloqueá-la. Quando um átomo emite uma partícula alfa, ele transforma-se no núcleo atômico de outro elemento químico, com número atômico menor em duas unidades e número de massa menor em quatro unidades. A equação a seguir representa um exemplo de decaimento nuclear desse tipo. 4 U H 234 90Th + 2a

238 92

Emissão beta (b) A radiação beta (b) é um tipo de emissão radioativa formada por elétrons de alta energia. Nesse decaimento, um nêutron é convertido em um próton, e, por isso, também há transformação do átomo de um elemento químico em um átomo de outro. Em resumo: Nêutron (núcleo) H Próton (núcleo) + Elétron (escapa do núcleo com muita energia) A equação a seguir representa um exemplo desse tipo de transformação nuclear. 0 Po H 216 85At + _1b

216 84

A penetrabilidade da partícula b em tecidos biológicos é maior do que a da partícula a (mas menor do que a da emissão y), pois sua massa é consideravelmente menor. Essa radiação é amplamente utilizada na Medicina para realizar o diagnóstico e fazer o tratamento de doenças muito agressivas contra o corpo humano, como o câncer.

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Emissão gama (y) O químico e físico francês Paul Villard estudava as propriedades das substâncias que continham urânio e rádio e, em 1900, observou uma forma de radiação diferente, que não era desviada por campos elétricos ou magnéticos. Posteriormente, ela foi denominada radiação gama (y). Também chamada de raios gama, é um tipo de radiação que normalmente acompanha a emissão de radiação a ou b, mas, diferentemente destas, não tem carga nem massa. É uma radiação eletromagnética, de comprimento de onda muito curto, resultante de processos nucleares, como os observados em fenômenos astrofísicos, erupções solares e erupções vulcânicas. Portanto, a emissão de radiação gama não muda a identidade do átomo, já que não há perda de massa ou alteração da carga do núcleo. O poder de penetrabilidade dela é o mais alto dos três tipos, podendo atravessar materiais densos. Para bloqueá-la, é preciso recorrer a espessas camadas de chumbo e/ou concreto. É utilizada no diagnóstico e no tratamento de alguns tipos de câncer, nos scanners de alfândega em portos, entre outras aplicações. Também é empregada para esterilizar equipamentos médicos e alimentos, pois mata todos os organismos vivos presentes.

AT¡v¡DaDeS

UNIDADE

Não escreva no livro.

1. Faça um levantamento de dados para saber quantas vezes, aproximadamente, cada pessoa que mora com você já fez radiografia (raios X). O que isso significou em cada caso? O diagnóstico e/ou tratamento, se houve, teriam sido diferentes sem esse exame?

2. Pesquise quais são e como se representam os isótopos dos seguintes elementos químicos: sódio, carbono, hélio e ferro. Para cada caso, qual é o nuclídeo ou o isótopo mais abundante?

3. Escreva, em seu caderno, as equações de emissão de radiação alfa (a) para os seguintes nuclídeos: 244 86

209 Rn, 232 90Th e 82Pb.

4. Escreva, em seu caderno, as equações de emissão de radiação beta (b) para os seguintes nuclídeos: 40 19

126 K, 146C, 132 53I e 56Ba.

5. Reflita sobre o papel da Ciência na sociedade e sua importância para o avanço do conhecimento, a melhoria da qualidade de vida e a resolução de problemas globais.

Em seguida, forme um grupo com três colegas. Cada grupo deve discutir um aspecto específico da contribuição da Ciência. • Ciência e saúde (Medicina, vacinas e tratamentos). • Ciência e ambiente (mudanças climáticas e energias renováveis). • Ciência e tecnologia (inteligência artificial e robótica). • Ciência e ética (uso de tecnologias e manipulação genética). Reflitam sobre a maneira pela qual a Ciência contribui para a área especificada, apontando tanto os benefícios quanto os possíveis desafios éticos ou sociais. Cada grupo apresentará suas ideias ao restante da turma. A apresentação do grupo deve abordar como a Ciência tem sido usada para o bem da humanidade e quais riscos ou limitações precisam ser considerados. Após as apresentações, deve ocorrer um debate aberto, em que vocês questionam e comentam as ideias dos outros grupos. Pensem em como a Ciência pode continuar a avançar de forma responsável, equilibrando inovação com ética e bem-estar social.

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IZUSEK/GETTY IMAGES

Aplicações e implicações da radioatividade

Respostas e comentários deste Tema estão disponíveis nas Orientações para o professor.

O conhecimento sobre os fenômenos radioativos proporcionou avanços significativos em diversas áreas, transformando profundamente a sociedade moderna. A descoberta da radioatividade ampliou a compreensão da estrutura da matéria e abriu caminho para inovações, especialmente na Medicina. Um dos exemplos mais importantes desse progresso é o uso da radiação no tratamento do câncer, principalmente na radioterapia, que tem se mostrado eficaz no combate a diversos tipos de tumor. Além das aplicações na Medicina, os conhecimentos sobre a radioatividade possibilitaram a produção de energia em usinas nucleares, o uso de isótopos radioativos em pesquisas científicas e o uso de irradiação para a preservação de alimentos. A radioatividade, portanto, trouxe desdobramentos tecnológicos e científicos que contribuem tanto para a saúde quanto para a sustentabilidade energética, moldando diversos aspectos da vida moderna.

Radioatividade no cotidiano A mamografia é um exame fundamental para a detecção precoce do câncer de mama, pois permite identificar alterações nas mamas antes mesmo do surgimento de sintomas visíveis ou palpáveis. Ao detectar o câncer em estágios iniciais, as chances de tratamento bem-sucedido aumentam significativamente.

O uso da radioatividade é frequentemente considerado um tema polêmico, pois, muitas vezes, 1 Como os avanços no está associado a riscos e a desastres. No entanto, as pessoas estão cercadas de exemplos positivos e transuso da radioatividaformadores de suas aplicações no dia a dia. Desde a de podem interfeenergia que alimenta as cidades até os tratamentos rir na sociedade de modo positivo e que salvam vidas, a radioatividade desempenha um negativo? papel fundamental em diversas áreas. Mesmo que os riscos existam, os benefícios trazidos por ela mostram que se trata de uma ferramenta valiosa e presente em muitos aspectos do cotidiano. O domínio da radiação ionizante permitiu o desenvolvimento de tecnologias fundamentais para a sociedade moderna, especialmente na área médica, como comentado anteriormente. REfliTA

Não escreva no livro.

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TY IMAGES

MORSA IMAGES/GET

Medicina Nuclear Seja na etapa de diagnóstico, por meio de exames de imagem, seja durante o tratamento, o papel da radioatividade na prática médica é imprescindível nos dias atuais. A Medicina Nuclear, por exemplo, é uma área que utiliza pequenas quantidades de substâncias radioativas, chamadas radiofármacos, para diagnosticar e tratar doenças. Os radiofármacos podem ser administrados por injeção, inalação ou ingestão. Dentro do corpo, a radiação emitida é captada por equipamentos especiais, para criar imagens detalhadas. O grande diferencial da Medicina Nuclear é que ela permite visualizar não apenas a estrutura dos órgãos mas também seu funcionamento, oferecendo uma visão mais completa. Assim, além da radiografia comum, utilizada há mais de um século, há diversos outros exames de imagem que utilizam radiação ionizante, como a mamografia, a cintilografia, a tomografia computadorizada e a tomografia por emissão de pósitrons, fundamentais no diagnóstico de diversas doenças. Esses exames, que seguem normas rigorosas e são conduzidos por profissionais especializados, devem ser realizados com cuidado, pois a radiação, se não controlada, pode causar danos ao organismo, incluindo o risco de câncer.

Imagem produzida durante um exame de tomografia computadorizada. Nesse exame, um software registra a radiação que atravessa o corpo para gerar imagens em diferentes posições, permitindo uma visualização tridimensional de uma região do corpo humano.

A radioterapia é amplamente utilizada no tratamento de diversos tipos de câncer. Seu principal objetivo é destruir ou danificar as células cancerígenas, comprometendo sua capacidade de multiplicação e crescimento. Em alguns casos, a radiação pode ser eficaz a ponto de reduzir significativamente o tumor ou até fazê-lo regredir a níveis indetectáveis. O tipo de radiação e a técnica empregada variam conforme o tipo de tumor, sua localização no corpo e as características do paciente. Embora a maioria dos tratamentos utilize raios X de alta energia, também podem ser usados feixes de elétrons ou prótons em abordagens mais específicas, dependendo das necessidades clínicas. Equipamento utilizado para tratamento radioterápico.

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STEVE BOWER/ SHUTTERSTOCK.COM

Radioterapia

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O melhor tratamento para o câncer é a prevenção Apesar dos avanços significativos nas terapias para o tratamento do câncer, a complexidade desse grupo de doenças continua afetando milhões de pessoas em todo o mundo. O câncer é multifacetado, variando em tipos, localização e fatores de risco, o que torna seu tratamento um grande desafio. No Brasil, campanhas como Outubro Rosa e Novembro Azul desempenham um papel fundamental na conscientização da população sobre a importância do diagnóstico precoce, em especial do câncer de mama e do câncer de próstata, respectivamente.

RANILSONARRUDA/SHUTTERSTOCK.COM

AlGO A

O câncer de mama é o tipo mais comum entre as pessoas do sexo feminino, tanto no Brasil quanto globalmente. A detecção precoce, em geral, é feita por meio de mamografias e exames clínicos e aumenta significativamente as chances de sucesso no tratamento. Já entre os homens, o câncer de próstata é o mais prevalente, sendo essencial o acompanhamento médico regular e o exame de antígeno específico da próstata (PSA, sigla que vem do inglês prostate specific antigen) para um diagnóstico precoce. Embora raro, o câncer de mama também pode ocorrer em homens, representando cerca de 1% dos casos no Brasil – ainda que muitas pessoas desconheçam essa possibilidade, o que pode atrasar o diagnóstico e complicar o tratamento. O desenvolvimento de tumores é influenciado por uma combinação de fatores genéticos e comportamentais. Entre os hábitos que contribuem para o surgimento de câncer estão o tabagismo, o consumo excessivo de álcool, a exposição prolongada e desprotegida ao sol e uma alimentação inadequada. Além disso, quando há uma predisposição genética, esses comportamentos podem acelerar o progresso da doença, levando a quadros mais graves. Entretanto, é importante lembrar que fatores genéticos isoladamente nem sempre resultam em câncer. O estilo de vida desempenha um papel decisivo, o que torna a adoção de hábitos saudáveis – como a prática regular de exercícios, uma alimentação balanceada e a redução de comportamentos de risco – uma parte essencial tanto da prevenção quanto do tratamento.

RONALDO ALMEIDA/PULSAR IMAGENS

Assim, a prevenção continua sendo a melhor estratégia. Investir em hábitos saudáveis, participar de campanhas de conscientização e realizar exames de rotina são atitudes que podem salvar vidas, diminuindo consideravelmente os riscos de complicações associadas ao câncer.

Prédio iluminado para a Campanha Outubro Rosa de prevenção do câncer de mama em Belo Horizonte (MG), 2023.

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AR IM

Há anos, o Aedes aegypti, mosquito transmissor de zika, dengue e chicungunha, representa um grave problema de saúde pública no Brasil. No primeiro semestre de 2024, o Ministério da Saúde contabilizou mais de 6 milhões de casos prováveis de dengue. Nesse período, a doença afetou cerca de 3% da população brasileira, colocando o país em primeiro lugar no ranking mundial de incidência de dengue em 2024. Diante desse cenário, diversas áreas da Ciência têm buscado soluções para combater o mosquito. Uma proposta inovadora veio da Agência Internacional de Energia Atômica (AIEA), vinculada à ONU, que sugere o uso da radiação nuclear para tornar os mosquitos machos inférteis. Expostos a raios X ou a raios gama, os machos estéreis seriam liberados em grande quantidade, resultando na diminuição da população do mosquito e, consequentemente, dos casos de dengue.

Combate à dengue

UNIDADE

Veículo da Vigilância em Saúde fazendo nebulização preventiva contra o mosquito Aedes aegypti causador da dengue. São Paulo (SP), 2024.

Aplicações tecnológicas A teoria quântica, o maior entendimento sobre a estrutura dos átomos, as propriedades das partículas subatômicas e os fenômenos de decaimento radioativo possibilitaram o desenvolvimento de várias tecnologias. Muitas delas são mais adotadas na pesquisa científica, como a técnica de análise chamada fluorescência de raios X. A fluorescência é um fenômeno físico em que um material, ao ser exposto à radiação, emite luz. Algumas substâncias, em especial metais, podem emitir fluorescência quando absorvem raios X. Os comprimentos de onda da luz emitida são únicos para cada metal, permitindo sua identificação mesmo em misturas complexas. Essa técnica pode ser utilizada para atestar a autenticidade de obras de arte, ao analisar a composição da tinta, por exemplo, e compará-la com outras utilizadas pelo mesmo autor, em outras obras da mesma época.

Datação por carbono-14 Outro uso em pesquisa científica ocorre na Arqueologia e na Paleontologia, áreas da Ciência que estudam o que aconteceu na Terra há milhares e até milhões de anos. A primeira investiga vestígios culturais de seres humanos antigos, enquanto a segunda trata de elementos fósseis pertencentes a outras eras. Um ponto-chave para compreender eventos tão longínquos é a determinação da idade das evidências disponíveis. Ou seja, é investigado o período em que um animal viveu, um objeto foi fabricado ou uma pintura rupestre foi deixada em um local. Para isso, é empregada a técnica de datação por carbono-14, desenvolvida pelo químico estadunidense Willard Libby (1908-1980) nos anos 1940. Ele recebeu o Prêmio Nobel de Química em 1960 pelo desenvolvimento da técnica, que, posteriormente, passou a adotar outros elementos radioativos, sendo denominada técnica de datação radiométrica.

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EDITORIA DE ARTE

O carbono-14 existe naturalmente e é formado pelo bombardeamento de átomos de nitrogênio na atmosfera por raios cósmicos, que levam à formação de pequenas quantidades do isótopo de carbono radioativo. Como a meia-vida do carbono-14 é de aproximadamente 5 700 anos, uma parte considerável dessas partículas se torna CO2 na atmosfera, sendo absorvida durante a fotossíntese feita pelas plantas, que, por sua vez, servem de alimento para vários animais. Enquanto esses seres permanecem vivos, há uma manutenção da proporção de 14C por meio da constante absorção de CO2 pelas plantas ou da ingestão delas pelos animais. No entanto, a proporção de átomos de 14C em relação ao 12C começa a diminuir quando o organismo morre. Dessa forma, quando se mede a relação entre as quantidades de isótopos encontrados em um fóssil, pode-se estimar há quanto tempo o animal ou a planta morreu.

Princípios básicos da datação por carbono-14 1. O tempo de meia-vida do isótopo carbono-14.

2. O fato de que todo ser vivo tem uma relação de troca constante entre isótopos radioativos de carbono-14 e isótopos estáveis de carbono-12 e que essa relação é igual à que existe na atmosfera.

3. A diminuição constante da proporção de isótopos radioativos após a morte do ser vivo.

Laser O termo laser é um acrônimo que vem do inglês light amplification by stimulated emission of radiation (“amplificação da luz por emissão estimulada de radiação”, em tradução livre). Diferente da luz comum, como a de uma lâmpada incandescente, que se espalha em várias direções, o laser concentra seus raios em uma única direção, praticamente sem dispersão. No processo de absorção atômica, o elétron de um átomo recebe energia de um fóton e passa para um nível de energia superior. Como esse estado é instável, o elétron eventualmente retorna ao seu nível de energia original, liberando a energia absorvida na forma de um fóton – esse fenômeno é chamado de emissão atômica. Esse processo, em geral, ocorre de forma espontânea, mas pode ser relativamente lento. Nos lasers, no entanto, a emissão é estimulada: além do fóton que excita o elétron, um segundo fóton acelera o retorno do elétron ao seu estado inicial, provocando uma série de emissões em cadeia. Esses fótons estimulados interagem com outros átomos, gerando uma sequência contínua de absorção e emissão de energia.

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CHRIS WINSOR/GETTY IMAGES

Assim, nos lasers, a luz é intensa, monocromática e colimada.

UNIDADE

SOBRE

O termo colimado refere-se ao alinhamento de raios, feixes de luz ou partículas para que sejam paralelos e mantenham sua forma e direção por uma longa distância, sem se dispersarem. Gato tenta pegar um ponto de luz onde o laser incide. Como a luz atrai a atenção do felino, essa pode ser uma brincadeira comum para estimular o instinto de caça desse animal.

A possibilidade de incidir toda a luz em um pequeno ponto também permite o emprego do laser na área industrial e na Medicina, como ferramenta de corte ou queima, entre muitas outras aplicações. ESPAÇOS DE APRENDiZAGEM

• O artigo traz informações sobre a cirurgia a laser para correção de miopia em pacientes com mais de 40 anos, algo que não era possível até pouco tempo. LOPES, Adriana Dias. Evolução do laser favorece cirurgia de miopia após os 40 anos. Veja, [s. l.], 4 jun. 2024. Disponível em: https://veja.abril.com.br/saude/cirurgia-miopia-40-anos-laser-instrumentos/. Acesso em: 11 out. 2024.

Energia nuclear Em 1934, a física francesa Irène Joliot-Curie (1897-1956), filha mais Não velha do casal Curie, e o físico francês Jean Frédéric Joliot-Curie (1900-1958), escreva REfliTA no livro. seu marido, demonstraram que os átomos não radioativos podiam tornar-se radioativos se fossem bombardeados por radiação alfa. Por esse trabalho, 2 Você é a favor ou contra o uso da o casal Joliot-Curie recebeu o Prêmio Nobel de Química em 1935. Além de energia nuclear? terem feito importantes contribuições científicas, eles eram muito envolvidos em causas sociais, tendo atuado em defesa dos direitos humanos e da paz mundial. Irène também atuou na expansão do movimento feminista. Outros cientistas fizeram experimentos bombardeando núcleos de átomos estáveis com nêutrons. Os químicos alemães Otto Hahn (1879-1968) e Fritz Strassmann (1902-1980) bombardearam núcleos de urânio-235 e identificaram a presença de núcleos de bário na amostra resultante, de número de massa igual a 141. A explicação para esse processo foi dada pela física austríaca Lise Meitner (1878-1968) e pelo físico Otto Robert Frisch (1904-1979), seu sobrinho. Eles concluíram que, nesse processo, ocorria a divisão do núcleo de urânio, a qual Meitner chamou de fissão nuclear, a liberação de uma enorme quantidade de energia e a formação de mais nêutrons. O desenvolvimento dessa reação só foi entendido de fato após o trabalho de diversos cientistas.

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Atualmente, sabe-se que o urânio-235, ao ser bombardeado, captura um nêutron formando inicialmente o urânio-236. O U-236 é instável e sofre fissão, produzindo três nêutrons e dois novos núcleos radioativos, o bário-141 e o criptônio-92, conforme a seguinte equação. 141 92 1 U + 10n H 236 92U H 56Ba + 36Kr + 3 0n

235 92

PAULO CÉSAR PEREIRA

Outra contribuição importante da física Lise Meitner foi a indicação de que esses nêutrons formados, sob circunstâncias adequadas, poderiam colidir com outros núcleos de urânio-235, desencadeando novas reações e a liberação de mais energia. Essa reação em cadeia terminaria espontaneamente com o esgotamento do reagente urânio-235 ou com a retirada dos nêutrons formados. 92 36 Kr

141 56 Ba

92 36 Kr

235 92 U

92 36 Kr

Nêutron

141 56 Ba

235 92 U

235 92 U 141 56 Ba

92 36 Kr 235 92 U

Representação da reação em cadeia de fissão nuclear do urânio-235 (imagem sem escala; cores fantasia).

Elaborada com base em: CHANG, Raymond. Química. Tradução: E. J. H. D’Bourneville. Cidade do México: McGraw Hill: Interamericana, 2007. p. 982.

141 56 Ba

As transformações nucleares ganharam destaque no meio científico e tecnológico por causa do seu enorme potencial energético. A quantidade de energia liberada em uma reação nuclear é bem maior do que a produzida em uma reação química. Atualmente, cerca de 15% da energia elétrica utilizada no mundo é gerada da energia nuclear, cuja principal matéria-prima é o urânio-235, isótopo radioativo que corresponde a cerca de 0,7% do urânio natural.

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UNIDADE

FORMAÇÃO CiDADÃ

O papel da energia nuclear na matriz energética brasileira O Brasil domina a tecnologia de enriquecimento de urânio, o que proporciona condições para utilizá-la na produção de combustível nuclear. Até 1997, o urânio era extraído de uma mina em Poços de Caldas (MG). Atualmente, a mina de Caetité, em Lagoa Real (BA), está em operação, produzindo 400 toneladas de concentrado de urânio por ano. Há outras fontes de urânio em locais como Santa Quitéria (CE), Rio Cristalino (PA) e Pitinga (AM). De acordo com a publicação de 2020 do relatório de indicadores do Atlas da Eficiência Energética no Brasil, que analisa a evolução do consumo energético por fonte, o petróleo e seus derivados continuam sendo a principal fonte de energia no país. A energia nuclear, apesar do potencial de uso do urânio, aparece de forma tão discreta que nem mesmo o percentual de sua participação na matriz energética é destacado.

Consumo energético por fonte em anos selecionados GOVERNO FEDERAL DO BRASIL

Produtos da cana-de-açúcar/ Outras (renováveis) Lenha e carvão vegetal Hidráulica Urânio (U3O8)/Outras (não renováveis) Carvão mineral e coque de carvão Gás natural Petróleo e derivados

Fonte: BRASIL. Ministério de Minas e Energia. Empresa de Pesquisa Energética. Atlas da eficiência energética: Brasil: 2020: relatório de indicadores. Brasília, DF: MME: EPE, [2021]. Disponível em: https://www.epe.gov.br/sites-pt/publicacoes-dadosabertos/publicacoes/PublicacoesArquivos/publicacao-556/Atlas%20consolidado_08_03_2021.pdf. Acesso em: 12 out. 2024.

Se o Brasil possui tanto urânio (oitava maior reserva de urânio do mundo em 2024), por que ele não é amplamente utilizado? A extração de urânio envolve processos semelhantes à mineração de outros metais, com o agravante de se tratar de um material radioativo. Isso exige cuidados especiais no tratamento da água utilizada, a fim de evitar a contaminação de rios e lençóis freáticos. Embora a energia nuclear seja considerada limpa por não emitir dióxido de carbono (CO2) durante sua operação, o processo de mineração, como qualquer atividade industrial, pode causar impactos ambientais significativos. AT¡v¡DaDeS

Não escreva no livro.

1. O ciclo de produção de combustível nuclear envolve várias etapas. Pesquise sobre o ciclo do combustível nuclear e descubra quais são essas etapas e suas respectivas funções.

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que mostra a distribuição mundial de usinas nucleares. Como você justificaria essa distribuição?

Europa Rússia América do Norte Ásia

Fonte: BRASIL. Ministério de Minas e Energia. Secretaria de Planejamento e Desenvolvimento Energético; Empresa de Pesquisa Energética. Plano nacional de energia: 2030. Brasília, DF: MME: EPE, 2007. v. 7. p. 57. Disponível em: https://www. epe.gov.br/sites-pt/publicacoes-dadosabertos/publicacoes/PublicacoesArquivos/ publicacao-165/topico-173/PNE%20 2030%20-%20Gera%C3%A7%C3%A3o%20 Termonuclear.pdf. Acesso em: 14 out. 2024.

África

América do Sul

INTERNATIONAL NUCLEAR SAFETY CENTER AT ANL, 2005

2. Examine o mapa a seguir,

Representação da localização de reatores nucleares no mundo (imagem sem escala; cores fantasia e fora dos padrões cartográficos).

Acidentes radiológicos Em usinas nucleares, o controle da grande quantidade de energia gerada não é fácil e exige tecnologia avançada e muitos cuidados. Apesar dos rígidos protocolos de segurança, a liberação de radiação em casos de acidentes pode ter consequências devastadoras para a saúde humana e para o ambiente. Os acidentes radiológicos mostram os danos catastróficos que as falhas operacionais ou os desastres naturais podem causar, ressaltando a importância de sistemas de proteção robustos e da vigilância constante na operação dessas instalações. Acompanhe alguns acidentes que marcaram o uso dessa fonte de energia. Alguns acidentes em usinas nucleares Ano

1957

1986

2011

Local

Fato

Consequências

Kyshtym (Rússia)

Após a Segunda Guerra Mundial, a União das Repúblicas Socialistas Soviéticas (URSS) contratou cientistas para construir usinas nucleares pelo país, entre as quais a de Mayak. Uma falha no sistema de refrigeração causou a explosão de um tanque com 80 toneladas de material radioativo.

Estima-se que 10 mil pessoas foram evacuadas das áreas afetadas e que pelo menos 200 pessoas morreram em decorrência da exposição à radiação.

Chernobyl (Ucrânia)

Durante a manutenção, um reator da usina apresentou problema e explodiu, liberando uma nuvem radioativa com 70 toneladas de urânio.

Causou problemas de saúde em mais de 2,4 milhões de pessoas e a morte de 56 pessoas. Transformou o local numa cidade morta. Estima-se que Chernobyl lançou uma quantidade de partículas 400 vezes maior do que a bomba atômica de Hiroshima.

Fukushima (Japão)

Três dos seis reatores da usina nuclear de Daiichi foram destruídos por um terremoto de 9 graus na escala Richter, liberando radiação.

Embora não haja relato de morte por exposição à radiação, a enorme quantidade de radiação liberada tornou o acidente o segundo maior da história, ficando atrás só de Chernobyl.

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Césio-137

DELFIM MARTINS/PULSAR IMAGENS

Em 1987, o maior acidente radiológico da história que não envolveu uma usina nuclear foi causado em razão do descarte inadequado de um equipamento de radiologia. Depois de ser encontrada por catadores de material reciclável e vendida a um ferro-velho, a cápsula de material radioativo foi aberta. Nela, o pó que emitia um brilho azulado despertou a curiosidade das pessoas, que, sem saber que se tratava de material perigoso, distribuíram-no entre amigos e familiares. O material em questão era o cloreto de césio-137. Após 15 dias, o ocorrido foi identificado como um acidente radiológico, mas dezenas de pessoas já haviam sido intoxicadas, das quais quatro vieram a óbito, em razão do contato direto com o césio-137. Algumas casas tiveram de ser demolidas, os objetos pessoais que não puderam ser descontaminados foram descartados, e, em alguns locais, uma camada superficial de terra precisou ser removida. Cerca de 6 mil toneladas de resíduo radioativo foram recolhidas. Após ter sido devidamente acondicionado – primeiro em sacos plásticos, depois em contêineres, em caixas metálicas e em tambores de chumbo –, todo o resíduo radioativo foi enterrado em duas enormes caixas de concreto. Esse acidente aconteceu na cidade de Goiânia (GO) e teve grande repercussão. Diversas medidas de segurança foram criadas e aprimoradas no Brasil após esse acidente.

ESPAÇOS DE APRENDiZAGEM

• O vídeo mostra a sucessão de eventos que resultaram no acidente da usina de Chernobyl.

UNIDADE

CHERNOBYL: a história completa. [S. l.: s. n.], 2019. 1 vídeo (32 min). Publicado pelo canal Ciência Todo Dia. Disponível em: https:// www.youtube.com/ watch?v=DiGq jYkRQ6o. Acesso em: 11 out. 2024.

Vista aérea do Centro Regional de Ciências Nucleares do Centro-Oeste (CRCN-CO), local onde está armazenado o césio-137 que vazou em Goiânia. Abadia de Goiás (GO), 2018.

AT¡v¡DaDeS

Não escreva no livro.

1. O carbono-14, como estudado anteriormente,

tem um tempo de meia-vida de aproximadamente 5 700 anos. Qual é a idade de um fóssil 1 cuja concentração de carbono-14 é igual a da 4 concentração original?

2. Descubra outras aplicações do laser e apresente-as aos colegas, procurando entender a relevância dessa tecnologia para a sociedade moderna.

3. Pesquise e descubra quais são as fontes de urânio no país. Você está perto de alguma delas?

4. Retome sua resposta à questão do segundo boxe Reflita. Após os estudos deste Tema,

você mudou de entendimento? Indique como o Brasil deve se posicionar em relação à produção de energia nuclear. Busque mais informações que auxiliem você a se posicionar.

5. Existem diversas campanhas com o objetivo de conscientizar as pessoas sobre a importância da prevenção e da realização de exames que podem diagnosticar precocemente o câncer. Faça uma busca por campanhas que têm como foco a conscientização sobre o câncer e proponha maneiras de levá-las à escola ou ao bairro em que vive.

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36 TEMA

Não escreva no livro.

1 Se a água está sempre em circulação no planeta, por que é preciso se preocupar com sua preservação e qualidade?

ADRIANO KIRIHARA/PULSAR IMAGENS

REfliTA

A Química e o ambiente

Respostas e comentários deste Tema estão disponíveis nas Orientações para o professor.

Muitas pessoas se dedicam à Ciência movidas pelo desejo de contribuir para a melhoria das condições de vida dos seres vivos no planeta. Ao longo deste livro, foram apresentados exemplos de cientistas que, de diferentes maneiras, ajudaram a expandir o conhecimento nas mais diversas áreas da Ciência, trazendo avanços significativos que tiveram efeitos diretos ou indiretos na sociedade e no ambiente. Assim, o objetivo deste Tema é compreender como se pode construir conhecimentos sobre os processos que regem o funcionamento do planeta, a fim de cuidar melhor dos recursos naturais, como a água, o solo e a atmosfera.

A água

A molécula de água tem características que fazem com que a substância água apresente propriedades peculiares que favorecem a vida na Terra. Como o átomo de oxigênio tem dois pares de elétrons não ligantes que repelem os elétrons das ligações com os átomos de hidrogênio, a geometria da molécula é angular. Essa geometria e a diferença de eletronegatividade entre os átomos de hidrogênio e oxigênio fazem com que a molécula de água seja polar, o que favorece a formação de um tipo especial de interação entre as moléculas: a ligação de hidrogênio. Essa interação explica por que a maior parte da água no planeta é encontrada no estado líquido. Quando está no estado sólido (gelo), apresenta menor densidade. Isso pode ser observado, por exemplo, em um copo com água e cubos de gelo, que flutuam. Nos oceanos, há um fator adicional: a presença de sal na água aumenta sua densidade. Essa combinação de fatores permite que os gelos polares, como as placas de gelo ou os icebergs, flutuem. Esse fenômeno Além do conhecimento científico, os saberes tradicionais desempenha um papel fundamental na manutenção das condições ambientais, criando hábitats subaquáticos favoráveis para diversas formas de vida desempenham um papel nas regiões polares do planeta. essencial na preservação Outra propriedade física importante é o alto calor específico. Assim, o ambiental, ao promover o calor proveniente da radiação solar absorvido durante o dia e liberado durante manejo sustentável dos recursos a noite não causa grande variação de temperatura dos mares e oceanos, o naturais. Pessoa quilombola mostra favas colhidas em que regula a temperatura da Terra. No planeta Marte, onde não há água na agrofloresta na Comunidade superfície, a variação de temperatura entre o dia e a noite é muito maior. Nos Kalunga de Vão do Moleque, desertos, também ocorre uma variação semelhante a essa. sítio histórico que abriga o A água tem também a capacidade de solubilizar diversas substâncias. Os Patrimônio Cultural Kalunga melhores exemplos para constatar essa capacidade de solubilização são a na Chapada dos Veadeiros. água do mar, caracterizada por ser rica em sais, e a água mineral. Cavalcante (GO), 2024.

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UNIDADE

O ciclo da água O ciclo da água, ou ciclo hidrológico, é o processo natural pelo qual a água se move continuamente entre a superfície da Terra e a atmosfera. Esse ciclo envolve a evaporação da água dos oceanos, lagos e rios, além da transpiração das plantas. O vapor de água se eleva até as camadas mais altas da atmosfera, onde se resfria e se condensa, formando as nuvens. Quando essas nuvens se tornam pesadas o suficiente, a água retorna à superfície em forma de precipitação, como chuva, granizo ou neve (este último, em alguns poucos lugares no sul do Brasil). Parte dessa água se infiltra no solo, abastecendo aquíferos, enquanto outra parte volta a correr pela superfície, alimentando rios e lagos até chegar ao mar, completando o ciclo. Esse processo é essencial para a manutenção da vida no planeta, regulando o clima e distribuindo água por diferentes ecossistemas. ESPAÇOS DE APRENDiZAGEM

• O vídeo indicado explica como os rios voadores se formam e de que maneira contribuem para a distribuição das chuvas no país. ‘RIOS voadores’, o fenômeno que ajuda a explicar tragédias de verão no Brasil. [S. l.: s. n.], 2022. 1 vídeo (7 min). Publicado pelo canal BBC News Brasil. Disponível em: https://www.youtube.com/ watch?v=q6vb_9DDzoM. Acesso em: 12 out. 2024.

Quando a umidade do ar está alta, pode haver formação de névoa e, dependendo da temperatura do ambiente, ocorrer a precipitação na forma de gotas de água ou de flocos de neve.

RENAN LEEMA

O vapor formado sobe até altas altitudes e se transforma em pequenas gotículas de água ou de gelo e, pouco a pouco, forma as nuvens. Os ventos carregam essas nuvens para o continente, e elas se precipitam sob a forma de chuva, granizo ou neve.

1 Ao absorver energia do Sol, as águas de rios, de lagos, de mares e de oceanos se evaporam e se condensam na atmosfera, assim como a água proveniente de outras fontes, como da transpiração de plantas.

4 A água pode então escoar superficialmente, formando lagos e rios que abastecerão os oceanos, ou se infiltrar por entre os poros e as fissuras das rochas, formando depósitos subterrâneos.

Representação do ciclo da água (imagem sem escala; cores fantasia).

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O solo Quimicamente, o solo é bastante complexo, pois é formado por uma enorme variedade de substâncias e materiais. As propriedades do solo também são influenciadas por diversos fatores, como os seres vivos que 2 Quais são as conseo habitam e os eventos climáticos. quências ambienO estudo dos solos depende, em grande parte, do contexto em que o tais do uso incorresolo será utilizado ou avaliado. Por exemplo, para fins agrícolas, o balanço to do solo? dos teores de nutrientes e o pH são essenciais. Para a mineração, deve-se observar a quantidade de minérios de interesse e a viabilidade de sua extração. Para a engenharia, é importante conhecer as propriedades físicas do solo. Em todos esses casos, o solo é estudado até vários metros de profundidade. Não se pode definir uma composição química geral para os solos, pois ela varia bastante. Apesar disso, é possível dividir os constituintes do solo em quatro grupos: gases, água, minerais e matéria orgânica. Os gases, apesar de serem pouco significativos em termos de massa, ocupam uma parte considerável do volume do solo. A troca de gases é importante para a biota (conjunto de todos os seres vivos de um ambiente) do solo e tem papel essencial em diversos processos, como no ciclo do nitrogênio. A água no solo é importante para o transporte de substâncias, por exemplo, da superfície para as partes mais inferiores ou entre os diferentes organismos que ali habitam. Muitas reações químicas no solo são possíveis apenas porque ocorrem em meio aquoso, e várias envolvem a própria água como reagente. A água no solo também é essencial para a vida, sendo absorvida em grandes quantidades pelas plantas. Os minerais são, tanto em volume quanto em massa, os mais abundantes dos quatro grupos mencionados. São eles que fornecem a sustentação física ao solo. A matéria orgânica do solo se origina das plantas, que transformam o carbono atmosférico em biomassa, ou de outros seres vivos que se alimentaram delas. Quando esses organismos morrem, iniciam-se complexos processos de decomposição, nos quais ocorrem diversas reações químicas. As moléculas existentes nesses seres vivos são quebradas em substâncias cada vez menores, que podem ser reaproveitadas de diversas formas. Durante a decomposição da matéria orgânica, são formados gases, que são liberados na atmosfera. Formam-se também aminoácidos, açúcares e um material chamado húmus, que não é uma substância específica, mas sim uma mistura de substâncias com moléculas relativamente grandes sem estrutura bem definida, porém com alto potencial nutritivo. É o húmus que caracteriza a matéria orgânica escura e bastante porosa encontrada nos solos e em adubos. Não escreva no livro.

ZÉ PAIVA/PULSAR IMAGENS

REfliTA

Húmus em propriedade rural agroecológica. Cerro Grande do Sul (RS), 2020.

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Não

escreva Acredita-se que a atmosfera terrestre se formou por meio da liberação de REfliTA no livro. gases e vapores por atividades vulcânicas. Essa atmosfera, rica em gás nitro3 Você já esteve em gênio (N2) e dióxido de carbono (CO2), originou os aminoácidos que geraram uma situação em a vida. As diferentes formas de vida, lentamente, com o passar do tempo, que respirar ficou causaram grandes transformações na atmosfera, diminuindo a concentração mais difícil por causa de dióxido de carbono e aumentando a concentração de gás oxigênio (O2). da qualidade do ar Entre a enorme diversidade de formas de vida que se desenvolveram, ou das condições uma delas tem causado as maiores transformações no planeta: o Homo atmosféricas? sapiens. O ser humano aprendeu a mudar as condições para a vida e, em consequência disso, habitou toda a Terra. Nos últimos séculos, desenvolveu veículos, indústrias e processos que despejam toneladas de gases e partículas na atmosfera, alterando sua composição e suas propriedades. Entre essas mudanças, destacam-se alguns fenômenos já mencionados, como o aumento do efeito estufa, o aumento da acidez da chuva e o buraco da camada de ozônio. Como se deve proceder para minimizar esses efeitos e não comprometer ainda mais as condições de vida? Afinal, a existência da maioria das formas de vida que habitam a Terra depende da atmosfera. Reduzir a poluição atmosférica é uma ação necessária para garantir o equilíbrio ambiental e a saúde das populações. Os poluentes, como dióxido de enxofre, óxidos de nitrogênio e materiais particulados, podem interagir com as camadas atmosféricas, agravando o efeito estufa e alguns fenômenos, como a destruição da camada de ozônio e as chuvas ácidas, que afetam o solo, as plantas e as construções. Além dos danos ambientais, a poluição atmosférica representa um grave risco à saúde humana. A exposição prolongada a poluentes presentes no ar está associada a uma série de doenças, como problemas respiratórios (asma e bronquite), doenças cardiovasculares e, em casos mais graves, câncer. As populações urbanas, principalmente as que vivem em grandes centros industriais e em áreas com tráfego intenso de veículos, são as mais afetadas, o que destaca a importância de ações imediatas para reduzir as emissões. Nessas regiões, é muito comum a ocorrência de camadas espessas de névoa amarelada, geralmente percebidas ao entardecer de dias secos e ensolarados. Esse fenômeno, denominado smog fotoquímico, ocorre quando alguns poluentes, como óxidos de nitrogênio e substâncias orgânicas voláteis, sob ação da luz solar, formam ozônio troposférico e outros oxidantes nocivos. A depender da composição dos poluentes, da umidade relativa do ar e da altitude, o smog pode ser percebido em tons de rosa e roxo.

NELSON ANTOINE/SHUTTERSTOCK.COM

A atmosfera

UNIDADE

Smog fotoquímico em São Paulo (SP), 2020.

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A atmosfera terrestre é, para fins de estudo, dividida em camadas. A primeira, que vai da superfície a uma altura de cerca de 12 km, é a troposfera. À medida que a altitude aumenta, a temperatura e a pressão diminuem. Na superfície da Terra, a temperatura fica entre 14 °C e 15 °C em média, e a pressão (ao nível do mar) fica em torno de 1 atm (101 325 Pa). No topo da troposfera, a temperatura chega a _56 °C, e a pressão, a 0,1 atm. Na troposfera, encontram-se de 85% a 90% da massa de gases. Sua composição em volume é de, aproximadamente, 78,1% de gás nitrogênio, 20,9% de gás oxigênio, 0,93% de gás argônio, 0,04% de gás carbônico e outros gases em menores quantidades (neônio, hélio, xenônio etc.). Muitos gases (CH4, CO, NO2, NH3, H2 etc.) são encontrados em concentrações bastante baixas, que podem variar de camada para camada, como o ozônio (O3), cuja concentração é maior na estratosfera, camada acima da troposfera que atinge cerca de 50 km de altitude. Há ainda a mesosfera (cerca de 80 km), a termosfera (cerca de 700 km) e a exosfera (cerca de 10 000 km).

A ATMOSFERA DA TERRA

EXOSFERA

TERMOSFERA

MESOSFERA de

nio

ESTRATOSFERA

TROP OSFER A

zô nio

Representação das camadas da atmosfera (imagem sem escala; cores fantasia). A Terra, assim como outros astros, é constantemente bombardeada por meteoritos que vagam pelo Universo. No entanto, a maioria desses corpos celestes não atingem a superfície do planeta porque são desintegrados ao entrar na atmosfera. Isso ocorre por dois motivos: o atrito com os gases da atmosfera e a combustão ocasionada pelo contato com o gás oxigênio a altas temperaturas. Os meteoritos pegam fogo quando chegam a cerca de 100 km de altitude. A atmosfera propicia condições para que haja vida na Terra por absorver grande parte da radiação ultravioleta oriunda do Sol. Os seres humanos e muitas outras espécies não resistiriam a essa radiação caso não fosse filtrada pela atmosfera. Além disso, ao absorver essa e outras formas de radiação, a atmosfera ajuda a aquecer a superfície da Terra, retendo calor e reduzindo a variação de temperatura entre o dia e a noite. A absorção e a retenção de calor originam o efeito estufa, um fenômeno natural importante, como já estudado. No entanto, a poluição do ar pode comprometer o equilíbrio das camadas da atmosfera, afetando processos fundamentais, como a proteção contra radiações solares nocivas e a regulação da temperatura do planeta.

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Química e desenvolvimento sustentável Desde a Revolução Industrial, ou seja, do início do século XIX até os dias de hoje, houve um crescimento exponencial no consumo de produtos industrializados. Essa produção, ao mesmo tempo que tornou os processos mais eficazes, também degradou e poluiu o meio ambiente mais do que em 10 mil anos de história. Da percepção de que as atividades humanas estão consumindo os recursos naturais a uma velocidade que ultrapassa a capacidade de recuperação da natureza advém o conceito de sustentabilidade. De acordo com a Organização das Nações Unidas (ONU), o desenvolvimento sustentável visa suprir as necessidades do presente sem comprometer a habilidade das gerações futuras de terem suas próprias necessidades atendidas. A preocupação com os problemas ambientais, ocasionados pelo crescimento populacional e pelo desenvolvimento tecnológico, surgiu gradativamente entre vários segmentos da sociedade, do governo, das indústrias, entre outros. Um dos marcos desse processo foi a Conferência Científica da ONU sobre a conservação e utilização de recursos, em 1949, nos Estados Unidos. Pela primeira vez, especialistas de todo o mundo debateram sobre temas como degradação dos recursos hídricos, gestão de resíduos, contaminação industrial, mudanças climáticas e desenvolvimento nuclear.

Química verde O campo conhecido como Química Verde começou a ganhar força na última década do século XX. Em 1995, o governo dos Estados Unidos lançou um desafio para premiar iniciativas que visassem à redução da geração de resíduos. Assim, outros países, como Japão, Alemanha e Austrália, também criaram premiações semelhantes. De acordo com estudos acadêmicos, a Química Verde é definida como a elaboração, o desenvolvimento e a implementação de produtos químicos e processos que reduzem ou eliminam o uso ou a geração de substâncias nocivas à saúde humana e ao ambiente. Esse campo se expandiu e resultou, em 1997, na criação do Green Chemistry Institute (“Instituto de Química Verde”, em tradução livre) nos Estados Unidos, que colabora com sociedades científicas de diversos países, incluindo o Brasil. Desde então, acontecem vários eventos para discutir os avanços e promover o uso de matérias-primas renováveis, a economia de energia nos processos de produção e a substituição de substâncias tóxicas. A Química Verde baseia-se em princípios fundamentais desenvolvidos pelos cientistas estadunidenses Paul T. Anastas (1962-) e John Charles Warner (1962-) e detalhados no livro Green chemistry: theory and practice (“Química verde: teoria e prática”, em tradução livre).

REfliTA

Não escreva no livro.

UNIDADE

4 Como contornar o

problema da dependência de bens e produtos que causam danos ao ambiente?

ESPAÇOS DE APRENDiZAGEM

• O vídeo a seguir trata de uma pesquisa básica envolvendo Química Verde. QUÍMICA verde. [S. l.: s. n.], 2015. 1 vídeo (10 min). Publicado pelo canal Pesquisa Fapesp. Disponível em: https://www. youtube.com/watch?v=I-MmIL 0DaaM. Acesso em: 12 out. 2024. • O seguinte vídeo mostra pesquisadores da Unesp, de São José do Rio Preto (SP), que desenvolvem diversos trabalhos utilizando métodos limpos e sustentáveis. CIÊNCIA sem limites: química verde. [S. l.: s. n.], 2018. 1 vídeo (25 min). Publicado pelo canal TV Unesp. Disponível em: https://www.youtube. com/watch?v=AAf0o 0VZ8To. Acesso em: 12 out. 2024.

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Esses princípios, de forma simplificada, podem ser descritos como guias para a criação de processos e produtos mais sustentáveis. Acompanhe-os a seguir.

1. Prevenção: evitar a produção de resíduos.

2. Economia de átomos: desenvolver metodologias de síntese com maior rendimento.

8. Evitar a formação de deriva7. Catálise: usar catalisadores seletivos dos: buscar rotas de síntese que sejam mais diretas e tenham para aumentar a efimenos etapas, diminuindo ciência dos processos. a quantidade de reagentes necessários. BSD STUDIO/SHUTTERSTOCK.COM

5. Solventes e auxiliares 6. Eficiência de energia: mais seguros: utilizar usar menos energia substâncias (solventes e e realizar processos outros produtos químicos químicos a temperatura necessários no processo) e pressão ambientes. que sejam inócuas.

3. Síntese de produtos 4. Desenvolvimento de menos tóxicos: buscar produtos seguros: desenvola síntese de produtos ver produtos químicos que químicos que não gerem cumpram suas funções sem substâncias tóxicas. serem tóxicos.

9. Matérias-primas renováveis: dar preferência ao uso de matérias-primas renováveis.

10. Desenvolvimento de produtos degradáveis: usar produtos químicos que, após serem utilizados, degradem-se sem contaminar o ambiente.

Elaborado com base em: BRUNNING, Andy. The twelve principles of green chemistry: what it is, & why it matters. [S. l.]: Compound Interest, 2015. Disponível em: https://www.compoundchem. com/2015/09/24/green-chemistry/. Acesso em: 12 nov. 2024.

11. Análise em tempo real para a prevenção da poluição: adotar metodologias analíticas que possibilitem o monitoramento e o controle dos processos, evitando a formação de substâncias tóxicas.

12. Química segura para a prevenção de acidentes: escolher substâncias e processos químicos com potencial mínimo de acidentes químicos.

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A Química Verde se desenvolveu como uma alternativa para transformar a percepção de que a Química é uma vilã responsável pela poluição e por problemas ambientais, embora seja essencial para a contemporaneidade. Esse campo se estabelece como uma ferramenta eficaz na busca por práticas e produtos que promovam uma melhor qualidade de vida, minimizando os custos sociais e ambientais. Essas mudanças de atitude abrangem desde a pesquisa teórica nas universidades até os processos de produção, sem, contudo, excluir os atores fundamentais: as pessoas. O desenvolvimento de métodos e tecnologias sustentáveis é fundamental para que se tenha um impacto significativo na redução dos danos ambientais. A regulamentação, o incentivo e a fiscalização governamental são essenciais para que as indústrias adotem práticas menos prejudiciais. Além disso, as mudanças na produção e a oferta de produtos sustentáveis mais acessíveis pode tornar as escolhas individuais mais viáveis e efetivas.

AT¡v¡DaDeS

UNIDADE

Não escreva no livro.

1. Como é o abastecimento de água onde você

mora? A água que resulta do uso doméstico ou comercial (esgoto) é recolhida e tratada adequadamente? Existe estação de tratamento de esgoto próximo à sua residência?

2. As pessoas de sua comunidade fazem uso consciente da água?

3. Analise a quantidade de café consumida em sua

residência e a quantidade descartada diariamente na pia (as sobras que ficam na xícara ou na garrafa térmica, por exemplo). Considerando que uma xícara de 250 mL de café tem 100 mg de cafeína, calcule a quantidade dessa substância que vai parar no esgoto de sua residência semanalmente.

4. Organize-se com seus colegas, e dividam a

turma em dois grupos. Um grupo deverá pesquisar as razões para o uso de agrotóxicos, suas vantagens e por que eles são importantes para a produção agrícola. O outro grupo deve pesquisar os perigos associados ao uso dos agrotóxicos, os riscos de contaminação e os possíveis danos à saúde. Em seguida, os dois grupos devem debater a respeito dos resultados encontrados e defender seus pontos de vista. É possível chegar a um consenso?

5. Como você pode contribuir para a melhoria da

comunidade em que vive, utilizando os conhecimentos adquiridos no estudo da Química?

6. Do seu ponto de vista, quem é responsável pela preservação ambiental: as pessoas em geral, as empresas ou os governos? Justifique.

7. Pesquise sobre o conceito de pegada ecológica. No caderno, cite ações cotidianas que ajudariam a reduzir a sua pegada ecológica.

8. É correto afirmar que a Química verde não causa impactos ambientais? Justifique.

9. O descarte inadequado de resíduos pode causar

danos ao meio ambiente, como a contaminação do solo e de corpos de água, prejudicando os seres vivos e o ambiente. Pesquise sobre a Política Nacional de Resíduos Sólidos (PNRS) para avaliar como você agiria nas situações a seguir. a) Uma pessoa que convive diariamente com você estava em um tratamento com medicamento prescrito por um profissional de saúde. Após o fim do tratamento, sobraram alguns medicamentos na cartela, e essa pessoa comenta com você que pretende descartá-los no vaso sanitário, junto com outros medicamentos que estavam guardados e que, agora, estão vencidos. Que orientações você daria a ela e como explicaria a importância de segui-las? b) Ao terminar uma arrumação geral no local onde vive, você se depara com uma porção de cabos e acessórios eletrônicos sem utilidade, ou porque estão quebrados ou porque se tornaram obsoletos, e decide descartá-los. Seu primeiro pensamento é colocar junto com o resíduo destinado à coleta seletiva, isto é, plásticos, vidros, papel e metais. No entanto, você não tem certeza se esses objetos podem ser reciclados. Que local você procuraria, em sua região, que pudesse te orientar?

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ORGAN¡ZANDO AS ¡De¡AS Analise o esquema a seguir, que apresenta e relaciona os principais conceitos estudados nesta Unidade. Matérias-primas renováveis Prevenção de acidentes Óxidos

Prevenção da poluição

Sais

Produtos degradáveis

Ácidos

Produtos seguros Produtos menos tóxicos

Bases

Evitar a formação de derivados

Química sustentável

Funções inorgânicas

Eficiência de energia Economia de átomos

Química e sociedade Radioatividade Modelo atômico quântico

Eletroquímica

Decaimento e emissões Aplicações

ALEX ARGOZINO

Reações de oxirredução

Medicina nuclear

Pilhas e baterias

Eletrólise

DE . 0

DE , 0

Datação por carbono-14 Energia nuclear

Imagens ilustrativas e sem escala; cores fantasia. Não escreva no livro.

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UNIDADE

AT¡v¡DADeS COMPleMeNTAReS Respostas e comentários estão disponíveis Não escreva no livro nas Orientações para o professor.

Tema 31 – Funções inorgânicas

1. (UEMA) O NO2 e o SO2 são gases causadores de

poluição atmosférica que, dentre os danos provocados, resulta na formação da chuva ácida quando esses gases reagem com as partículas de água presentes nas nuvens, produzindo HNO3 e H2SO4. Esses compostos, ao serem carreados pela precipitação atmosférica, geram transtornos, tais como contaminação da água potável, corrosão de veículos, de monumentos históricos etc. Os compostos inorgânicos citados no texto correspondem, respectivamente, às funções: a) sais e óxidos.

d) bases e óxidos.

b) bases e sais.

e) óxidos e ácidos.

c) ácidos e bases.

2. (UERJ) Os combustíveis fósseis, que têm papel

de destaque na matriz energética brasileira, são formados, dentre outros componentes, por hidrocarbonetos. A combustão completa dos hidrocarbonetos acarreta a formação de um óxido ácido que vem sendo considerado o principal responsável pelo efeito estufa. A fórmula química desse óxido corresponde a: a) CO2.

c) H2O.

b) SO3.

d) Na2O.

Tema 32 – Eletroquímica

3. (EsPCEx-SP) A energia liberada em uma rea-

ção de oxirredução espontânea pode ser usada para realizar trabalho elétrico. O dispositivo químico montado, pautado nesse conceito, é chamado de célula voltaica, célula galvânica ou pilha. Uma pilha envolvendo alumínio e cobre pode ser montada utilizando como eletrodos metais e soluções das respectivas espécies. As semirreações de redução dessas espécies são mostradas a seguir: Semirreações de redução Alumínio: Al3+(aq) + 3 e_ H Al0 E0red = _1,66 V Cobre: Cu2+(aq) + 2 e_ H Cu0 E0red = +0,34 V Considerando todos os materiais necessários para a montagem de uma pilha de alumínio e cobre, nas condições-padrão (25 °C e 1 atm)

ideais (desprezando-se qualquer efeito dissipativo) e as semirreações de redução fornecidas, a força eletromotriz (fem) dessa pilha montada e o agente redutor, respectivamente, são: a) 2,10 V e o cobre. b) 2,00 V e o alumínio. c) 1,34 V e o cobre. d) 1,32 V e o alumínio. e) 1,00 V e o cobre.

4. (Enem/MEC) A calda bordalesa é uma alternati-

va empregada no combate a doenças que afetam folhas de plantas. Sua produção consiste na mistura de uma solução aquosa de sulfato de cobre(II), CuSO4, com óxido de cálcio, CaO, e sua aplicação só deve ser realizada se estiver levemente básica. A avaliação rudimentar da basicidade dessa solução é realizada pela adição de três gotas sobre uma faca de ferro limpa. Após três minutos, caso surja uma mancha avermelhada no local da aplicação, afirma-se que a calda bordalesa ainda não está com a basicidade necessária. O quadro apresenta os valores de potenciais-padrão de redução (E0) para algumas semirreações de redução. Semirreação de redução

E0(V)

Ca2+ + 2 e_ H Ca

_2,87

Fe3+ + 3 e_ H Fe

_0,04

Cu2+ + 2 e_ H Cu

+0,34

Cu+ + e_ H Cu

+0,52

Fe3+ + e_ H Fe2+

+0,77

MOTTA, I. S. Calda bordalesa: utilidades e preparo. Dourados: Embrapa, 2008 (adaptado).

A equação química que representa a reação de formação da mancha avermelhada é: a) Ca2+(aq) + 2 Cu+(aq) H Ca(s) + 2 Cu2+(aq). b) Ca2+(aq) + 2 Fe2+(aq) H Ca(s) + 2 Fe3+(aq). c) Cu2+(aq) + 2 Fe2+(aq) H Cu(s) + 2 Fe3+(aq). d) 3 Ca2+(aq) + 2 Fe(s) H 3 Ca(s) + 2 Fe3+(aq). e) 3 Cu2+(aq) + 2 Fe(s) H 3 Cu(s) + 2 Fe3+(aq).

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utilizadas atualmente, são formadas por sistemas que atuam como uma célula galvânica, enquanto estão sendo descarregadas, e como célula eletrolítica, quando estão sendo recarregadas. Uma pilha é formada pelos elementos níquel e cádmio e seu carregador deve fornecer uma diferença de potencial mínima para promover a recarga. Quanto maior a diferença de potencial gerada pelo carregador, maior será o seu custo. Considere os valores de potencial-padrão de redução dessas espécies: Ni2+(aq) + 2 e_ H Ni(s) E0 = _0,230 V 2+ _ Cd (aq) + 2 e H Cd(s) E0 = _0,402 V Teoricamente, para que um carregador seja ao mesmo tempo eficiente e tenha o menor preço, a diferença de potencial mínima, em volt, que ele deve superar é de: a) 0,086.

c) 0,316.

b) 0,172.

d) 0,632.

Tema 34 – Radioatividade

7. (UEPG-PR) A natureza das radiações emitidas

pela desintegração espontânea do urânio-234 é representada na figura a seguir. A radiação emitida pelo urânio-234 é direcionada pela abertura do bloco de chumbo e passa entre duas placas eletricamente carregadas, o feixe se divide em três outros feixes que atingem o detector nos pontos 1, 2 e 3. O tempo de meia-vida do urânio-234 é 245 000 anos. Sobre a radioatividade, assinale o que for correto. [A resposta é a soma dos números correspondentes às alternativas corretas.]

UEPG-PR

5. (Enem/MEC) As pilhas recarregáveis, bastante

e) 1,264.

Tema 33 – Eletroquímica: processos eletrolíticos

6. (Enem/MEC) Os tanques de armazenamento de

gasolina podem, com o tempo, sofrer processos oxidativos, resultando na contaminação do combustível e do solo à sua volta. Uma forma de evitar tais problemas econômicos e ambientais é utilizar preferencialmente metais de sacrifício, protegendo os tanques de armazenamento. Suponha que seja necessário usar um metal de sacrifício em um tanque de aço (liga de ferro-carbono). Considere as semirreações de redução e seus respectivos potenciais-padrão. Semirreação de redução

E0 (V)

Fe2+ + 2 e_ H Fe

_0,44

Zn2+ + 2 e_ H Zn

_0,76

Cu2+ + 2 e_ H Cu

+0,34

+ 2 e H Ni

_0,25

Cd2+ + 2 e_ H Cd

_0,40

+ 2 e H Hg

+0,86

Dos metais citados, o que garantirá proteção ao tanque de aço é o: a) zinco.

d) cádmio.

b) cobre.

e) mercúrio.

c) níquel.

01) A radiação que atinge o ponto 1 é a radiação b (beta), que são elétrons emitidos por um núcleo de um átomo instável. 02) A radiação y (gama) é composta de ondas eletromagnéticas que não sofrem desvios pelo campo elétrico e, por isso, elas atingem o detector no ponto 2. 04) A massa de 100 g de urânio-234 leva 490 000 anos para reduzir a 25 g. 08) A radiação a (alfa) é composta de núcleos do átomo de hélio (2 prótons e 2 nêutrons). 16) O decaimento radioativo do urânio-234 através da emissão de uma partícula a (alfa) produz átomos de tório-230 (Z = 90). Soma: 31 (01 + 02 + 04 + 08 + 16).

8. (Enem/MEC) O elemento iodo (I) tem função

biológica e é acumulado na tireoide. Nos acidentes nucleares de Chernobyl e Fukushima, ocorreu a liberação para a atmosfera do radioisótopo 131I, responsável por enfermidades nas pessoas que foram expostas a ele. O decaimento de uma massa de 12 microgramas do isótopo 131I foi monitorado por 14 dias, conforme o quadro.

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Tempo (dia)

Massa residual de 131I (mg)

12,0

10,1

8,5

7,8

7,2

6,0

3,6

Tema 36 – A Química e o ambiente

10. (Enem/MEC) O potencial brasileiro para

Após o período de 40 dias, a massa residual desse isótopo é mais próxima de: a) 2,4 mg. c) 0,8 mg. e) 0,2 mg. b) 1,5 mg.

d) 0,4 mg.

transformar lixo em energia permanece subutilizado – apenas pequena parte dos resíduos brasileiros é utilizada para gerar energia. Contudo, bons exemplos são os aterros sanitários, que utilizam a principal fonte de energia ali produzida. Alguns aterros vendem créditos de carbono com base no Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL), do Protocolo de Kyoto. Essa fonte de energia subutilizada, citada no texto, é o: a) etanol, obtido a partir da decomposição da matéria orgânica por bactérias.

Tema 35 – Aplicações e implicações da radioatividade

b) gás natural, formado pela ação de fungos decompositores da matéria orgânica.

9. (Enem/MEC) Considere um equipamento capaz

c) óleo de xisto, obtido pela decomposição da matéria orgânica pelas bactérias anaeróbias.

ENEM 2009

de emitir radiação eletromagnética com comprimento de onda bem menor que a da radiação ultravioleta. Suponha que a radiação emitida por esse equipamento foi apontada para um tipo específico de filme fotográfico e entre o equipamento e o filme foi posicionado o pescoço de um indivíduo. Quanto mais exposto à radiação, mais escuro se torna o filme para a revelação. Após acionar o equipamento e revelar o filme, evidenciou-se a imagem mostrada na figura a seguir. Dentre os fenômenos decorrentes da interação entre a radiação e os átomos do indivíduo que permitem a obtenção desta imagem inclui-se a: a) absorção da radiação eletromagnética e a consequente ionização dos átomos de cálcio, que se transformam em átomos de fósforo. b) maior ionização de moléculas de água que de átomos de carbono. c) maior refração ao atravessar os átomos de carbono que os átomos de cálcio. d) maior absorção da radiação eletromagnética pelos átomos de carbono que por átomos de cálcio. e) maior absorção da radiação eletromagnética pelos átomos de cálcio que por outros tipos de átomos.

UNIDADE

d) gás metano, obtido pela atividade de bactérias anaeróbias na decomposição da matéria orgânica. e) gás liquefeito de petróleo, obtido pela decomposição de vegetais presentes nos restos de comida.

11. (Enem/MEC) Sabe-se que o aumento da con-

centração de gases como CO2, CH4 e N2O na atmosfera é um dos fatores responsáveis pelo agravamento do efeito estufa. A agricultura é uma das atividades humanas que pode contribuir tanto para a emissão quanto para o sequestro desses gases, dependendo do manejo da matéria orgânica do solo. ROSA, A. H.; COELHO, J. C. R. Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola. São Paulo, n. 5, nov. 2003 (adaptado).

De que maneira as práticas agrícolas podem ajudar a minimizar o agravamento do efeito estufa? a) Evitando a rotação de culturas. b) Liberando o CO2 presente no solo. c) Aumentando a quantidade de matéria orgânica do solo. d) Queimando a matéria orgânica que se deposita no solo. e) Atenuando a concentração de resíduos vegetais do solo.

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InTEGranDO COm... FÍSICA

Respostas e comentários estão disponíveis nas Orientações para o professor.

Sensores No dia a dia, muitas vezes não se percebe que os equipamentos ao redor recebem informações do ambiente e do próprio equipamento para realizar ações específicas. Por exemplo, em um carro, uma luz pode acender automaticamente para alertar o motorista sobre a elevação da temperatura do motor. Na parte interna, existe um sensor que monitora continuamente a temperatura do motor. Quando essa temperatura atinge um valor limite preestabelecido, o sistema elétrico do carro aciona a luz indicativa. Outro exemplo, estudado anteriormente, é o funcionamento dos bafômetros. Nesses equipamentos, a oxidação do etanol gera uma corrente elétrica proporcional à quantidade de álcool presente no hálito. Ou seja, eles convertem dados sobre uma substância química e podem ser considerados um tipo de sensor. Você já se perguntou como os equipamentos, as máquinas, os computadores, os celulares e os robôs conseguem identificar informações no ambiente? Os sensores coletam informações sobre diversas variáveis, como temperatura, umidade, luminosidade e distância. Essas informações são transformadas em dados binários e processadas por um microcontrolador, que, por meio de cálculos e equações, determina o valor da grandeza e, com isso, executa uma ação correspondente. Os dados binários são originados de um sistema de numeração que utiliza apenas dois dígitos, 0 e 1. Esse sistema permite, por exemplo, que a presença ou a ausência de corrente elétrica seja interpretada como dado. Assim, os dígitos representam: • 0 (zero): ausência de corrente elétrica ou nível de tensão baixo (off, que significa “desligado” em tradução livre).

ON GROCHOLL/SHUTT UKTI ERS TO C ROD OP K.C E D O VI

•

1 (um): presença de corrente elétrica ou nível de tensão alto (on, que significa “ligado” em tradução livre). O código binário é utilizado para estabelecer uma comunicação com as máquinas, por meio de programas elaborados com base em uma linguagem lógica. Por exemplo, considere o programa que controla a elevação da temperatura do motor do carro e o acionamento de um aviso luminoso no painel.

Se temperatura , 95 °C, então apague a luz. Senão, acenda a luz.

Medidor no painel do carro mostra o monitoramento do sensor de temperatura do motor.

Essa linguagem segue uma lógica estruturada e uma sintaxe específica, que é convertida em código binário.

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UNIDADE

Apesar de ser um sistema simples, é possível representar qualquer tipo de caractere. Acompanhe a seguir a escrita das letras maiúsculas do alfabeto em sistema binário. Um detalhe importante é que as letras maiúsculas e as minúsculas têm códigos binários distintos. Letra

Código

Letra

Código

01000001

01001110

01000010

01001111

01000011

01010000

01000100

01010001

01000101

01010010

01000110

01010011

01000111

01010100

01001000

01010101

01001001

01010110

01001010

01010111

01001011

01011000

01001100

01011001

01001101

01011010

Os termômetros digitais, por exemplo, utilizam metais, como platina, níquel e cobre, para medir a temperatura. A variação da temperatura provoca mudanças na resistência do metal. O valor da resistência é convertido em corrente elétrica, que, por sua vez, transforma-se em dados binários apresentados no visor do equipamento. Acompanhe outro exemplo. Para possibilitar uma resposta rápida a incêndios, é fundamental detectar rapidamente os produtos gerados pela combustão, como gás carbônico (na combustão completa) e monóxido de carbono (na combustão incompleta). Os sensores de fumaça detectam essas partículas no ar. Um tipo específico é o sensor de ionização, que utiliza uma pequena porção de material radioativo (amerício-241) para ionizar o ar dentro do compartimento de detecção. No compartimento de detecção, os íons geram uma corrente elétrica estável. Na presença dos gases produzidos na combustão, a corrente eléSensor de fumaça acoplado trica diminui, acionando o sistema de alarme. Dessa forma, o sensor capta a um aspersor de água. a informação e realiza as ações necessárias para combater o incêndio. Agora, faça o que se pede em cada item.

JDZACOVSKY/SHUTTERSTOCK.COM

Letras maiúsculas do alfabeto em sistema binário

Não escreva no livro.

1. No caderno, apresente a diferença entre o sistema decimal utilizado no dia a dia e o sistema binário. 2. Utilize as informações presentes no texto e escreva o seu nome e o nome de um colega em código binário. Lembre-se de separar cada código que representa uma letra com um espaço.

3. Apresente outros exemplos de equipamento e tipos de sensor. Escolha um dos sensores e explique, no caderno, seu funcionamento.

4. Elabore uma proposta para explicar e divulgar como funciona o bafômetro eletrônico. Considere o meio de divulgação (texto, imagens e vídeos) e inclua explicações científicas, além de uma forma de conscientização sobre os perigos do consumo de bebida alcoólica associada à direção.

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RESPOSTAS DAS ATIVIDADES DE CÁLCULO Unidade 1 – Química: a Ciência dos materiais e de suas transformações Tema 3 • Materiais 2. 2,27 kg 4. 2 500 DPS

Tema 6 • Leis ponderais Atividades 2. a) 54 g b) 144 g c) 2,087

3. a) 54 g b) 96 g c) 1,391 d) 1,5 4. a) N2: 50 L; H2: 150 L. b) 40 m3

Atividades complementares 3. 2,78 g/mL

Unidade 3 – Quantificando a matéria Tema 13 • Medindo a matéria

3. P2 1 86,74 kPa

Atividades

Tema 18 • Concentração das soluções e propriedades coligativas

1. a) 1,8 ? 1024 átomos b) 3,6 ? 1024 elétrons c) 7,2 ? 1024 prótons

Atividades 1. 0,05 g

2. 35,457 u

2. 62,5 L

3. Etano: 30 u Metanol: 32 u Ácido nítrico: 63 u Óxido de bário: 153 u

3. a) NaCl: 4,8 mL Açúcar: 19,4 mL

4. Metano: 16 g/mol Etanol: 46 g/mol Ácido sulfúrico: 98 g/mol Hidróxido de cálcio: 74 g/mol

4. 0,08 mol/L

Atividades complementares 2. 18,06 ? 1023 íons cianeto 3. 1,0 ? 102 mol 4. 1,5 ? 1022

5. 5 600 L

5. 1,4 g/L

Tema 14 – Compreendendo os gases

6. 2,5 ? 102 atm

Atividades 1. a) V2 1 7,1 L b) P2 = 12,5 kPa 2. TF (273,2 K): V2 1 93,18 L TE (373,2 K): V2 1 127,29 L

10. 1,0 ? 103 mol 11. 40 kilogramas 12. 0,33 kg 14. 0,002 mol/L 15. 41 L

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Unidade 4 – Moléculas em movimento Tema 20 • Entalpia e lei de Hess Atividades 1. b) _242,5 kJ/mol 4. _132,5 kJ/mol

Tema 21 • Cinética química Atividades

|rm (H2O2)| _________ |rm (H2O)| 4. b) rm (reação) = __________ = = 2 2 |rm (O2)| = ________ 1

Tema 23 • Equilíbrio químico

[HI] 1 89 mol/L

Tema 24 • Sistemas em equilíbrio Atividades 1. 4 ? 107 mol/L 2. a) 25 mol/L b) 6,25 mol/L 5. Ácido clorídrico 0,10 mol/L: pH = 1; pOH = 13. Ácido acético 0,10 mol/L: pH = 2,88; pOH = 11,12.

Atividades

Atividades complementares

4. [HBr] = 4,35 ? 108 mol/L

3. _82,0 kJ

Unidade 5 – Química Orgânica Tema 30 • Polímeros Atividades complementares 4. 14n + 2

11. 5 isômeros

Unidade 6 – A Química e a sociedade Tema 32 • Eletroquímica Atividades 3. H2SO4 H=1 S=6 O = _2 KMnO4 K=1 Mn = 7 O = _2 Na3PO4 Na = 1 P=5 O = _2 CaH2 Ca = 2 H = _1

K2Cr2O7 K=1 Cr = 6 O = _2 5. E0 = 2,46

Tema 35 • Aplicações e implicações da radioatividade Atividades 1. Aproximadamente 11 400 anos.

Tema 36 • A Química e o ambiente Atividades complementares 3. 2,00 V 5. 0,172 V 8. 0,4 mg

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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS COMENTADAS A NANOTECNOLOGIA imita a natureza: gecos (parentes das lagartixas) inspiram a concepção de superadesivos. Campinas: Laboratório de Química do Estado Sólido: Unicamp, c20012020. Disponível em: https://lqes.iqm.unicamp.br/canal_ cientifico/pontos_vista/pontos_vista_divulgacao53-1.html. Acesso em: 6 nov. 2024. Matéria que referencia uma pesquisa estrangeira realizada com a finalidade de desenvolver superadesivos. ANASTAS, Paul T.; WARNER, John Charles. Green chemistry: theory and practice. [S. l.]: Oxford University Press, 2000. Um dos pilares da Química Verde, esse é um guia abrangente para a concepção, o desenvolvimento e a avaliação de processos químicos mais sustentáveis. BACON, Francis. Novum organum. [S. l.: s. n.], 1620. Livro que apresenta um novo método científico ao criticar a metodologia aristotélica e propor outro conceito de indução. BARBOSA, Vanessa. Os maiores acidentes nucleares da história. Exame, [s. l.], 13 set. 2016. Disponível em: https://exame.com/ tecnologia/os-maiores-acidentes-nucleares-da-historia/. Acesso em: 6 nov. 2024. Texto que apresenta os piores acidentes envolvendo energia nuclear e material radioativo segundo a Agência Internacional de Energia Atômica. BERTHOLLET, Claude-Louis. Essai de statique chimique. Paris: Demonville et Soeurs, 1803. Obra fundamental na história da Química que explora aspectos da afinidade química e da lei das massas. BOYLE, Robert. The sceptical chymist. London: [s. n.], 1661. Considerado um marco na história da Química, essa obra de 1661 desafia as concepções alquímicas da época e propõe uma visão experimental sobre a matéria. BRASIL. [Constituição (1988)]. Constituição da República Federativa do Brasil de 1988. Brasília, DF: Presidência da República, [2024]. Disponível em: http://www.planalto.gov.br/ccivil_03/ constituicao/constituicao.htm. Acesso em: 6 nov. 2024. Apresenta o conjunto de leis fundamentais que organiza e rege o funcionamento do país, estabelecendo direitos e deveres para todos os cidadãos. BRASIL. Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária. Exportação dos cafés do Brasil totaliza 43,7 milhões de sacas no acumuladodeonzemesesecaminhaparabaterrecordehistórico. Brasília, DF: Embrapa, 2024. Disponível em: https://www.embrapa .br/busca-de-noticias/-/noticia/90109616/exportacao-dos -cafes-do-brasil-totaliza-437-milhoes-de-sacas-no-acumulado -de-onze-meses-e-caminha-para-bater-recorde-historico. Acesso em: 6 nov. 2024. Notícia da Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa) que trata dos dados de exportação brasileira de café entre julho de 2023 e maio de 2024.

BRASIL. Lei no 11.516, de 28 de agosto de 2007. Dispõe sobre a criação do Instituto Chico Mendes de Conservação da Biodiversidade […]. Brasília, DF: Presidência da República, [2024]. Disponível em: https://www.planalto.gov.br/ccivil_03/_ato2007 -2010/2007/lei/l11516.htm. Acesso em: 6 nov. 2024. Lei que institui a criação do Instituto Chico Mendes de Conservação da Biodiversidade (ICMBio), uma autarquia federal responsável por implementar a política nacional de conservação da biodiversidade. BRASIL. Lei no 12.305, de 2 de agosto de 2010. Institui a Política Nacional de Resíduos Sólidos; altera a lei no 9.605, de 12 de fevereiro de 1998; e dá outras providências. Brasília, DF: Presidência da República, [2024]. Disponível em: https://www.planalto.gov. br/ccivil_03/_ato2007-2010/2010/lei/l12305.htm. Acesso em: 6 nov. 2024. Lei que estabelece diretrizes e instrumentos para a gestão integrada e ambientalmente adequada dos resíduos sólidos visando ao seu descarte correto no Brasil. BRASIL. Lei no 6.938, de 31 de agosto de 1981. Dispõe sobre a Política Nacional do Meio Ambiente, seus fins e mecanismos de formulação e aplicação, e dá outras providências. Brasília, DF: Presidência da República, [2024]. Disponível em: https://www. planalto.gov.br/ccivil_03/leis/l6938.htm. Acesso em: 6 nov. 2024. Lei que estabelece as bases e diretrizes para a proteção ambiental no Brasil. BRASIL. Lei no 8.723, de 28 de outubro de 1993. Dispõe sobre a redução de emissão de poluentes por veículos automotores e dá outras providências. Brasília, DF: Presidência da República, [2024]. Disponível em: https://www.planalto.gov.br/ccivil_03/ leis/l8723.htm. Acesso em: 6 nov. 2024. Lei que regulamenta o controle e a fiscalização da emissão de poluentes por veículos automotores. BRASIL. Lei no 9.394, de 20 de dezembro de 1996. Estabelece as diretrizes e bases da educação nacional. Brasília, DF: Presidência da República, [2024]. Disponível em: https://www.planalto. gov.br/ccivil_03/leis/l9394.htm. Acesso em: 6 nov. 2024. Lei que define e regulamenta o sistema educacional público e privado no país, com base nos princípios presentes na Constituição Federal de 1988. BRASIL. Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento. Instrução normativa no 8, de 11 de junho de 2003. Brasília, DF: Mapa, 2003. Disponível em: http://www.sapc.embrapa.br/ arquivos/consorcio/legislacao/Instrucao_Normativa_n_8.pdf. Acesso em: 6 nov. 2024. Documento que estabelece diretrizes e normas para regulamentar práticas agrícolas e pecuárias no Brasil.

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BRASIL. Ministério da Saúde. Agência Nacional de Vigilância Sanitária. Álcool líquido 70%: prazo para esgotamento de estoques se encerrou em 29 de abril. Brasília, DF: MS: Anvisa, 2024. Disponível em: https://www.gov.br/anvisa/pt-br/assuntos/noticias -anvisa/2024/alcool-liquido-70-prazo-para-esgotamento-de -estoques-se-encerrou-em-29-de-abril. Acesso em: 6 nov. 2024. Notícia da Agência Nacional de Vigilância Sanitária (Anvisa) que discorre sobre a proibição da venda de álcool líquido com teor 70% em supermercados. BRASIL. Ministério da Saúde. Agência Nacional de Vigilância Sanitária. Resolução RDC no 360, de 23 de dezembro de 2003. Brasília, DF: MS: Anvisa, 2003. Disponível em: https://bvsms. saude.gov.br/bvs/saudelegis/anvisa/2003/rdc0360_23_12_ 2003.html. Acesso em: 6 nov. 2024. Resolução que torna obrigatória a rotulagem nutricional em alimentos embalados, padronizando as informações nutricionais para facilitar escolhas mais conscientes e saudáveis pelos consumidores. BRASIL. Ministério da Saúde. Agência Nacional de Vigilância Sanitária. Resolução RDC no 42, de 29 de agosto de 2013. Dispõe sobre o regulamento técnico Mercosul sobre limites máximos de contaminantes inorgânicos em alimentos. Brasília, DF: MS: Anvisa, [2024]. Disponível em: https://bvsms.saude.gov.br/bvs/ saudelegis/anvisa/2013/rdc0042_29_08_2013.html. Acesso em: 6 nov. 2024. Resolução que regulamenta o controle e a fiscalização de contaminantes inorgânicos em alimentos. BRASIL. Ministério da Saúde. Atualização de casos de arboviroses. Brasília, DF: MS, [2024]. Disponível em: https://www.gov.br/ saude/pt-br/assuntos/saude-de-a-a-z/a/aedes-aegypti/monito ramento-das-arboviroses. Acesso em: 6 nov. 2024. Painel do Ministério da Saúde que mostra dados relacionados a casos de dengue, zika, chicungunha e oropouche no Brasil. BRASIL. Ministério de Minas e Energia. Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis. Gasolina. Rio de Janeiro: ANP, 2024. Disponível em: https://www.gov.br/anp/pt-br/ assuntos/producao-de-derivados-de-petroleo-e-processamento -de-gas-natural/producao-de-derivados-de-petroleo-e-pro cessamento-de-gas-natural/gasolina. Acesso em: 6 nov. 2024. Publicação da Agência Nacional do Petróleo (ANP) que apresenta a resolução com as novas especificações da gasolina nacional. BRASIL. Ministério do Meio Ambiente. Conselho Nacional do Meio Ambiente. Resolução no 359, de 29 de abril de 2005. Dispõe sobre a regulamentação do teor de fósforo em detergentes em pó para uso em todo o território nacional e dá outras providências. Brasília, DF: MMA: Conama, 2005. Disponível em: https://www2.cprh.pe.gov.br/wp-content/uploads/2021/02 /resol-conama359.pdf. Acesso em: 6 nov. 2024. Resolução que estabelece limites máximos para a concentração de fósforo em detergentes em pó, visando reduzir a eutrofização de corpos de água e outros problemas ambientais.

BRASIL. Ministério do Meio Ambiente. Conselho Nacional do Meio Ambiente. Resolução no 401, de 4 de novembro de 2008. Estabelece os limites máximos de chumbo, cádmio e mercúrio para pilhas e baterias comercializadas no território nacional e os critérios e padrões para o seu gerenciamento ambientalmente adequado, e dá outras providências. Brasília, DF: MMA: Conama, 2008. Disponível em: https://conama. mma.gov.br/?option=com_sisconama&task=arquivo.down load&id=570. Acesso em: 6 nov. 2024. Resolução que estabelece limites máximos para a concentração de determinados metais em pilhas e baterias, visando o gerenciamento ambientalmente adequado desses objetos. BRASIL. Portaria SDA no 570, de 9 de maio de 2022. Estabelece o padrão oficial de classificação do café torrado. Diário Oficial da União: seção 1, Brasília, DF, ed. 88, p. 16, 11 maio 2022. Disponível em: https://in.gov.br/en/web/dou/-/portaria-sda-n-570-de -9-de-maio-de-2022-398971389. Acesso em: 6 nov. 2024. Portaria que estabelece o padrão oficial para a classificação do café torrado no Brasil, com critérios de qualidade e padronização para o produto. CLEGG, Brian. Do que realmente é feito o corpo humano? BBC News Brasil, [s. l.], 4 set. 2020. Disponível em: https://www.bbc. com/portuguese/geral-54017303. Acesso em: 6 nov. 2024. Reportagem que traz uma perspectiva científica sobre a composição do organismo humano. COMO dirigir na chuva e na neblina? Estadão, São Paulo, 29 dez. 2022. Disponível em: https://mobilidade.estadao.com. br/entender/como-dirigir-na-chuva-e-na-neblina/. Acesso em: 6 nov. 2024. Reportagem que aborda cuidados essenciais para dirigir com segurança em condições de chuva e neblina. DANIELL, John Frederic. An introduction to the study of chemical philosophy: being a preparatory view of the forces which concur to the production of chemical phenomena [Introdução ao estudo da filosofia química: uma visão preliminar das forças que concorrem para a produção de fenômenos químicos]. London: [s. n.], 1839. Clássica obra em que Daniell que introduz conceitos químicos fundamentais e como eles influenciam fenômenos, oferecendo uma base sólida para o estudo da filosofia química no século XIX. EUROPEAN CHEMICAL INDUSTRY COUNCIL. Cefic facts & figures 2023. [Brussels]: Cefic, 2023. Disponível em: https:// cefic.org/app/uploads/2023/12/2023_Facts_and_Figures_The _Leaflet.pdf. Acesso em: 6 nov. 2024. Relatório do Conselho Europeu da Indústria Química que apresenta os dados sobre produção e vendas do setor na Europa em 2023. FOOD AND DRUG ADMINISTRATION. Bisphenol A (BPA). [S. l.]: FDA, 2023. Disponível em: https://www.fda.gov/food /food-packaging-other-substances-come-contact-food-infor mation-consumers/bisphenol-bpa. Acesso em: 6 nov. 2024. Texto que apresenta estudos sobre os riscos do uso de BPA em embalagens alimentícias.

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GALVANI, Luigi Aloisio. De viribus electricitatis in motu musculari commentarius [Comentário sobre os efeitos da eletricidade no movimento muscular]. Bononiae: Ex Typographia Instituti Scientiarium, 1791. Estudo pioneiro de Galvani sobre a relação entre eletricidade e movimento muscular, marcando o início da bioeletrofisiologia. INTERGOVERNMENTAL PANEL ON CLIMATE CHANGE; TECHNOLOGY AND ECONOMIC ASSESSMENT PANEL. Safeguarding the ozone layer and the global climate system: issues related to hydrofluorocarbons and perfluorocarbons. [S. l.]: IPCC: TEAP, [2005]. Documento em inglês que aborda questões sobre hidrofluorcarbonos e perfluorcarbonos, destacando sua influência no clima e na camada de ozônio. JAPÃO relembra grande terremoto e tsunami de março de 2011. Agência Brasil, Brasília, DF, 2023. Disponível em: https://agenciabrasil.ebc.com.br/internacional/ noticia/2023-03/japao-relembra-grande-terremoto-e -tsunami-de-marco-de-2011. Acesso em: 6 nov. 2024. Reportagem que comenta ações realizadas no Japão em memória das vítimas do terremoto e do tsunami que atingiram o país em 2011. LEVI, Primo. A tabela periódica. Rio de Janeiro: Relume Dumará, 1975. Primo Levi utiliza os elementos da tabela periódica como ponto de partida para narrar memórias pessoais e reflexões sobre a condição humana, enfatizando a relação entre a Ciência e a Literatura. MENDELEEV, Dmitri Ivanovich. Osnovy khimii [Princípios de química]. São Petersburgo: [s. n., 1869]. Apresenta uma classificação inovadora dos elementos, culminando na criação da tabela periódica e solidificando a Química como um campo de estudo sistemático. MIDGLEY, Emma. Sterile insect technique used to supress mosquito disease vectors in Florida. International Atomic Energy Agency, Vienna, 2024. Disponível em: https://www. iaea.org/newscenter/news/sterile-insect-technique-used -to-supress-mosquito-disease-vectors-in-florida. Acesso em: 6 nov. 2024. Reportagem que apresenta a técnica do inseto estéril usada para suprimir vetores de doenças transmitidas por mosquitos na Flórida (EUA). MINISTÉRIO PÚBLICO DO DISTRITO FEDERAL E TERRITÓRIOS. Segurança no trânsito. Brasília, DF: MPDFT, 2014. Disponível em: https://www.mpdft.mp.br/portal/pdf/imprensa/ cartilhas/Cartilha_seguranca_transito_visualizacao.pdf. Acesso em: 6 nov. 2024. Essa cartilha oferece um guia completo sobre segurança no trânsito, com foco em situações que podem comprometer a visibilidade.

MONTALVÃO, Edmundo. Energia nuclear: risco ou oportunidade? Brasília, DF: Núcleo de Estudos e Pesquisas do Senado, 2012. (Textos para discussão, n. 108). Disponível em: https://www12. senado.leg.br/publicacoes/estudos-legislativos/tipos-de-estu dos/textos-para-discussao/td-108-energia-nuclear-risco-ou -oportunidade. Acesso em: 6 nov. 2024. Texto que discute a evolução da matriz energética no Brasil e traz um panorama sobre o uso da energia nuclear. PETROLEIRA é condenada por vazamento na costa da França. BBC Brasil, [s. l.], 16 jan. 2008. Disponível em: https://www.bbc. com/portuguese/reporterbbc/story/2008/01/080116_franca_ total_cg. Acesso em: 6 nov. 2024. Notícia que discorre sobre a condenação de empresa petroleira por poluição marítima na França. SÃO PAULO (Estado). Governo do Estado. Motorista deve ter atenção e cuidados redobrados ao dirigir sob neblina. São Paulo: Portal do Governo, 2019. Disponível em: https://www.sao paulo.sp.gov.br/spnoticias/motorista-deve-ter-atencao-e-cuida dos-redobrados-ao-dirigir-sob-neblina/. Acesso em: 6 nov. 2024. Publicação oficial do governo do estado de São Paulo com orientações importantes para motoristas que precisam dirigir em condições de neblina. TOLEDO, André de Paiva; ZANELLA, Tiago Vinicius. Casos do navio petroleiro MV Erika. Quaestio Iuris, Rio de Janeiro, v. 16, n. 2, p. 1118-1144, 2023. Disponível em: https://www.e-publi cacoes.uerj.br/quaestioiuris/article/view/71560/48655. Acesso em: 6 nov. 2024. Artigo que discute a contribuição do caso MV Erika para o estabelecimento de decisões judiciais que reconhecem o valor próprio dos recursos naturais. TOMÁS DE AQUINO. Aurora consurgens. [S. l.: s. n., ca. 1200-1500]. Documento atribuído a Tomás de Aquino que discorre a respeito do problema dos opostos na alquimia. TOTAL revenue of the chemical industry worldwide from 2005 to 2022. [S. l.]: Statista, c2024. Disponível em: https://www.statista. com/statistics/302081/revenue-of-global-chemical-industry/. Acesso em: 6 nov. 2024. Documento que apresenta dados anuais de receita da indústria química global, refletindo tendências econômicas do setor. VAN’T HOFF, Jacobus Henricus. Etudes de dynamique chimique. Amsterdam: Frederik Muller, 1884. Publicada em 1884, a obra estabelece as bases da cinética química, abordando a velocidade das reações e seus fatores. WORLD HEALTH ORGANIZATION [ORGANIZAÇÃO MUNDIAL DA SAÚDE]. Guideline: sugars intake for adults and children. Geneva, 2015. Disponível em: https://iris.who.int/bitstream/ handle/10665/149782/9789241549028_eng.pdf?sequence=1. Acesso em: 6 out. 2024. Diretriz da Organização Mundial da Saúde (OMS) sobre o consumo de açúcares para adultos e crianças que oferece recomendações com base em evidências científicas sobre a ingestão de açúcares.

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ORIENTAÇÕES PARA O PROFESSOR Apresentação Caros professores, Inicialmente, parabéns por sua escolha profissional. Ser professor é acreditar em um futuro melhor e trabalhar para alcançá-lo. Você tem em suas mãos uma proposta interessante para o ensino de Química. Este livro busca apresentar os conteúdos com simplicidade e dar aos estudantes a noção de como essa Ciência está envolvida em questões comuns de nossas vidas. Por isso, nossa opção de abordagem privilegiou a compreensão dos conceitos, e não os cálculos matemáticos. Além desse foco no entendimento de conceitos, este livro lhe será bastante útil, pois apresenta os conteúdos de forma contextualizada, com abordagem histórica e atualização conceitual. Neste material de apoio destinado a você, professor, apresentamos nossa concepção de ensino de Química e as estratégias que utilizamos para que a obra torne efetivo o aprendizado pelos estudantes. Apresente-nos suas críticas e sugestões e ajude-nos a construir um livro melhor para seu trabalho de formação de cidadãos mais críticos e preparados para transformar nosso país em um país melhor. É o que desejamos. Boa docência. Um grande abraço de seus colegas, Os autores

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SUMÁRIO Estrutura e orientações pedagógicas da obra

Proposta organizacional desta obra ....................................................................451 Estrutura do Livro do estudante............................. 451 Estrutura das Orientações para o professor.......... 452

O Ensino Médio ..........................................................452 Reformulação do Ensino Médio................................ 452 A Base Nacional Comum Curricular (BNCC).......... 453 Temas Contemporâneos Transversais (TCTs).......... 456

O ensino de Ciências da Natureza ..............457 Letramento científico.................................................. 457 Pensamento crítico....................................................... 458 Interdisciplinaridade e ensino de Ciências da Natureza................................................ 459 O ensino de Química.............................................................460 O papel do professor.................................................... 461 Estratégias pedagógicas............................................ 461 Avaliação........................................................................... 463

Fundamentação teórico-metodológica da obra ............................................................................464 O trabalho interdisciplinar e contextualizado....... 464 O livro didático e a prática docente....................... 465 A proposta didática e o desenvolvimento integral do estudante.............. 466 A experimentação na aprendizagem..................... 468 O trabalho pedagógico com as diferentes culturas juvenis.................................. 468 Planejamento.................................................................. 468

Referências bibliográficas comentadas .................................................................469 Orientações didáticas desta obra ................471

Sugestão de cronograma de aulas......................... 471 Unidade 1 – Química: a Ciência dos materiais e de suas transformações.................472 Tema 1 – O que é Ciência? ........................................473 Tema 2 – Química: Ciência da Natureza.................474 Tema 3 – Materiais.....................................................475 Tema 4 – Caracterizar e separar substâncias......475 Tema 5 – Transformações da matéria.......................476 Tema 6 – Leis ponderais...........................................476

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Unidade 2 – Constituição química da matéria...478 Tema 7 – Modelando os átomos..............................478 Tema 8 – Do modelo de Rutherford ao modelo quântico......................................................479 Tema 9 – Tabela periódica.........................................480 Tema 10 – Fundamentos da ligação química........481 Tema 11 – Ligações covalentes e metálicas ........482 Tema 12 – Polaridade e interações .......................483 Unidade 3 – Quantificando a matéria...............485 Tema 13 – Medindo a matéria .................................485 Tema 14 – Compreendendo os gases ....................486 Tema 15 – Aspectos qualitativos em reações químicas .........................................................487 Tema 16 – Aspectos quantitativos das reações químicas .........................................................488 Tema 17 – Materiais homogêneos .........................489 Tema 18 – Concentração das soluções e propriedades coligativas ...........................................489 Unidade 4 – Moléculas em movimento.............491 Tema 19 – Química e energia ..................................492 Tema 20 – Entalpia e lei de Hess ............................493 Tema 21 – Cinética química .....................................494 Tema 22 – Catálise ....................................................495 Tema 23 – Equilíbrio químico ..................................495 Tema 24 – Sistemas em equilíbrio .........................496 Unidade 5 – Química Orgânica.............................498 Tema 25 – Introdução à Química Orgânica ..........499 Tema 26 – Os hidrocarbonetos ..............................499 Tema 27 – Grupos funcionais, funções nitrogenadas e haletos orgânicos ..........................500 Tema 28 – Funções oxigenadas ..............................501 Tema 29 – Isomeria ...................................................502 Tema 30 – Polímeros .................................................503 Unidade 6 – A Química e a sociedade...............505 Tema 31 – Funções inorgânicas .............................505 Tema 32 – Eletroquímica ...........................................507 Tema 33 – Eletroquímica: processos eletrolíticos .............................................508 Tema 34 – Radioatividade ........................................509 Tema 35 – Aplicações e implicações da radioatividade ........................................................510 Tema 36 – A Química e o ambiente ........................511

Resoluções das atividades propostas no Livro do estudante..........................................513 Transcrições dos podcasts...............................543

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Estrutura e orientações pedagógicas da obra Proposta organizacional desta obra Esta obra foi planejada para contemplar o componente curricular Química, pertencente à área de Ciências da Natureza e suas Tecnologias, para o Ensino Médio. Ela é composta por Volume Único que atende aos 3 anos do Ensino Médio e está dividido em seis Unidades. Cada Unidade é composta por Temas, cujos conteúdos são enriquecidos com diferentes tipos de recursos gráficos e imagéticos, seções complementares e de atividades.

Estrutura do Livro do estudante Abertura de Unidade Compostas por texto, imagens chamativas e questões que auxiliam a contextualizar e a levantar conhecimentos prévios sobre os assuntos que serão abordados na Unidade. A intenção é sempre apresentar situações e contextos que justifiquem o aprendizado do conhecimento tratado na Unidade, mostrando que ele vai além da sala de aula.

Reflita Propostas de questionamentos que ajudam na reflexão inicial dos conceitos. Tem como objetivo levantar ideias e concepções sobre o que será estudado, mas não de avaliar o conhecimento que ainda não foi trabalhado. As questões também pretendem proporcionar momentos de diálogo entre os estudantes e o professor. Estimular a capacidade de expressão e argumentação nos estudantes é fundamental para uma boa formação e para o exercício da cidadania.

Sobre Tendo em vista que a Ciência faz uso de conceitos que se interrelacionam, o conteúdo deste boxe busca apresentar ou recordar informações sobre termos específicos para auxiliar os estudantes no entendimento do que está sendo apresentado.

Espaços de aprendizagem O livro é um importante recurso didático, no entanto, muitos outros materiais estão disponíveis atualmente para que os estudantes possam complementar seus conhecimentos. Por isso, apresentamos, ao longo das Unidades, sugestões de vídeos, textos, podcasts, livros, sites, entre outros que contribuirão para o aprendizado dos estudantes em relação aos assuntos estudados.

Algo A+ Seção que explora assuntos relacionados a tecnologia, saúde, ambiente e sociedade, permitindo ao estudante relacionar os conteúdos abordados com a realidade. Além

disso, os assuntos abordados aprofundam e complementam os conceitos trabalhados no Tema.

Formação cidadã

Aprender Química significa adquirir conhecimento para atuarmos em nossa sociedade de forma mais crítica e assertiva. Por isso, esta seção explora assuntos que visam o desenvolvimento de uma visão mais ampla de questões cotidianas relacionadas aos conhecimentos apresentados.

Oficina científica

A Química é uma Ciência experimental, o que favorece o desenvolvimento do pensamento científico e o levantamento de hipóteses a partir de observações ou de ideias. Essa seção traz atividades práticas simples e didáticas, relacionadas com os conceitos estudados no Tema, que podem ser realizadas no laboratório da escola ou até mesmo em sala de aula.

Atividades

É a oportunidade de retomar os conhecimentos apresentados ao longo do Tema por meio de sua aplicação em atividades propostas. Sua resolução auxilia na sistematização do conhecimento e na consolidação de sua compreensão.

Organizando as ideias

Essa seção sintetiza os principais conceitos abordados na Unidade. Os estudantes podem reproduzir, em seus cadernos, e modificar o esquema conforme suas percepções. Essa construção é uma importante etapa no processo de aprendizagem e compreensão dos conhecimentos trabalhados, contribuindo para a organização do raciocínio e favorecendo uma aprendizagem mais significativa, além de estimular a criatividade dos estudantes.

Atividades complementares

Essa seção apresenta atividades que abordam e aprofundam os conteúdos apresentados ao longo de toda a Unidade. Além disso, possibilitam que os estudantes se familiarizem com os conceitos trabalhados em diversos exames nacionais oficiais, inclusive no Enem.

Integrando com...

O conhecimento é organizado em componentes curriculares para facilitar o estudo, mas é preciso desenvolver nos estudantes a capacidade de percepção de que são necessários conhecimentos próprios de diversos componentes para entendermos de forma integrada a complexidade de tudo que nos cerca. Para isso, esta seção trata de assuntos contextualizados que relacionam a Química a outros componentes curriculares ou áreas de conhecimento, favorecendo a criação de relações entre diferentes campos de conhecimentos.

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Estrutura das Orientações para o professor A primeira parte desse material, dedicado exclusivamente aos professores, apresenta uma introdução ao Ensino Médio, abordando seu histórico, preceitos e leis que o estruturam. Em seguida, são apresentadas informações sobre o ensino de Ciências da Natureza e do componente curricular Química e o papel do professor, além de estratégias pedagógicas e de avaliação. Finalizando com a fundamentação teórico-metodológica da obra e com uma sugestão de cronograma de aulas para cada um dos Temas. Na sequência, esse material conta com as Orientações didáticas desta obra que apresentam para cada uma das Unidades, os itens a seguir.

Síntese da Unidade

No início das orientações específicas são apresentados os conjuntos de competências gerais, competências específicas e habilidades de Ciências da Natureza e suas Tecnologias. Assim como os Temas Contemporâneos Transversais (TCTs) e os conteúdos que podem ser atendidos ao longo dos trabalhos com cada Unidade.

Objetivos da Unidade

São apresentados os objetivos de aprendizagem a serem atingidos pelos estudantes ao longo do estudo de cada Unidade.

Orientações gerais

Nessa seção há uma breve introdução sobre os assuntos tratados na Unidade. Há também as indicações de quais competências e habilidades estão sendo atendidas e sugestões e comentários sobre todos os Temas que compõem cada uma das Unidades. Ao longo das Orientações gerais, são apresentados comentários sobre os assuntos tratados, assim como atividades, leituras e sugestões extras que podem contribuir para enriquecer a prática docente ou para compartilhar com os estudantes, complementando as práticas de sala de aula. Ao final das Orientações gerais para todas as Unidades estão as resoluções das atividades presentes no Livro do estudante.

O Ensino Médio Estamos inseridos em um contexto social dinâmico que está em constante modificação, que apresenta contradições e informações que se renovam incessantemente. Esses aspectos cobram mudanças constantes das pessoas, exigindo que estejamos aptos a aprender e nos adequar. Além disso, as mudanças devem levar em conta que é imprescindível que exerçamos de forma plena nossa cidadania, bem como que estejamos preparados para fazer uso de nossos conhecimentos diante de situações cotidianas.

O desenvolvimento científico, atrelado ao amplo crescimento e à diversificação das tecnologias, característicos do século XXI, mudou as relações sociais e as estruturas organizacionais. A escola não está alheia a toda essa transformação. Nesse novo cenário, ela precisa atualizar-se constantemente e estabelecer novas estratégias de ensino e de desenvolvimento da aprendizagem, possibilitando aos estudantes que se tornem protagonistas dos seus processos de aprendizagem e preparando-os para os desafios do mundo contemporâneo. Nesse contexto, surgiu a necessidade de repensar e de reformular o Ensino Médio. Durante muito tempo, essa etapa da Educação Básica foi tida como um momento intermediário dos estudos, com objetivos não muito claros. Com esses novos desafios, essa etapa assume um novo papel: o de auxiliar os jovens na construção de seus projetos de vida, preparando-os para o mercado de trabalho e/ou para o ingresso no Ensino Superior, além de contribuir para sua formação integral, formando cidadãos responsáveis, críticos e autônomos, que tomam a frente das decisões que conduzirão sua vida na sociedade.

Reformulação do Ensino Médio A reformulação do Ensino Médio visa direcionar essa etapa da Educação Básica no atendimento aos novos desafios que se fazem constantes nos tempos atuais. Em 2013, a Lei no 12.796 alterou a Lei de Diretrizes e Bases da Educação Nacional (LDB, 1996), consolidando o Ensino Médio como etapa obrigatória da Educação Básica, o que garante, nos termos da lei, o acesso e a permanência dos jovens nessa etapa educacional. Para isso se fez necessário construir um documento norteador que indicasse, em âmbito nacional, condições que garantissem a equidade dessa etapa a todos os estudantes brasileiros. Atualmente, a etapa do Ensino Médio é regulamentada pelo Plano Nacional de Educação (PNE, 2014) – posteriormente a Lei no 13.415/2017 e também a Resolução no 3, que atualiza as Diretrizes Curriculares Nacionais para o Ensino Médio (DCNEM, 2018), responsáveis pelo que se conhece como Novo Ensino Médio – e pela lei no 14.945, de 31 de julho de 2024, que altera diversos pontos da legislação até então vigente. Acompanhe a seguir alguns dos principais momentos históricos do Ensino Médio: • 1988: a Constituição da República Federativa do Brasil estabeleceu que a educação é um direito de todos. • 1990: com a instauração do Estatuto da Criança e do Adolescente (ECA), as crianças e os adolescentes passaram a ser considerados cidadãos autônomos, com direitos próprios. • 1996: a Lei de Diretrizes e Bases da Educação Nacional (LDB) propôs que o Ensino Médio tenha duração mínima de três anos e que tenha, entre suas finalidades, a consolidação e o aprofundamento dos conhecimentos adquiridos no Ensino Fundamental, a preparação dos

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estudantes para o mercado de trabalho e para a cidadania, assim como a formação ética e o desenvolvimento intelectual e do pensamento crítico dos estudantes. 1998: as Diretrizes Curriculares Nacionais (DCN) para o Ensino Médio foram estabelecidas pela resolução no 3 da Câmara de Educação Básica (CEB). Entre as diretrizes, estão definições sobre a organização pedagógica e curricular das unidades escolares. 2013: a lei no 12.796 altera a LDB, e o Ensino Médio passou a ser uma etapa obrigatória da Educação Básica, garantindo aos estudantes desse segmento a igualdade de acesso e a permanência na escola. Com isso, surgiu a necessidade de estabelecer competências e diretrizes que norteiem os currículos e os conteúdos mínimos fundamentais a essa etapa, de modo a garantir uma formação básica única. 2017: a lei no 13.415 também alterou a LDB ao estabelecer, para o Ensino Médio, um aumento da carga horária mínima de aulas, uma política de fomento para a implantação de escolas de tempo integral e a possibilidade de que todos os estudantes desse segmento escolham caminhos de aprofundamento dos seus estudos. Além disso, definiu que a Base Nacional Comum Curricular (BNCC) estabelecerá os objetivos de aprendizagem do Ensino Médio por áreas do conhecimento. 2018: A resolução no 3, de 21 de novembro de 2018, atualizou as DCN para o Ensino Médio, trazendo informações sobre a organização dos currículos, que passam a ser compostos de Formação Geral Básica (FGB), com carga máxima de 1 800 horas para os 3 anos de Ensino Médio, norteada pela BNCC1, e de Itinerários Formativos (IFs), com carga de 1 200 horas, voltados para o aprofundamento em uma ou mais áreas de conhecimento. A partir dessa resolução e da lei de 2017, ficou estabelecido o chamado Novo Ensino Médio. 2021: A portaria no 521, de 13 de julho, instituiu o Cronograma Nacional de Implementação do Novo Ensino Médio, que estabeleceu a implementação dos novos referenciais curriculares no 1o ano do Ensino Médio para 2022, finalizando a implementação dos referenciais curriculares em todos os anos do Ensino Médio para 2024. 2023: o Ministério da Educação (MEC) suspendeu o Cronograma Nacional de Implementação do Novo Ensino Médio e abriu uma consulta pública para avaliação e reestruturação da política nacional de Ensino Médio por meio da portaria no 399, de março de 2023. 2024: a lei no 14.945 estabeleceu que o Ensino Médio será composto por FGB com carga mínima de 2 400 horas2 e pelos IFs com carga horária prevista de 600 horas. Sendo previsto para 2025 o início da implementação dos novos currículos do Ensino Médio.

A Base Nacional Comum Curricular (BNCC) Segundo o Ministério da Educação (MEC), a Base Nacional Comum Curricular é um documento de caráter normativo e definidor do conjunto orgânico e progressivo de aprendizagens essenciais a serem desenvolvidas pelos estudantes ao longo de toda a Educação Básica. O documento está disponível na íntegra em https:// www.gov.br/mec/pt-br/escola-em-tempo-integral/ BNCC_EI_EF_110518_versaofinal.pdf (acesso em: 26 out. 2024) e é estruturado de acordo com as três etapas da Educação Básica (Educação Infantil, Ensino Fundamental e Ensino Médio). A BNCC organiza os diferentes componentes curriculares do Ensino Médio nas seguintes áreas do conhecimento: Linguagens e suas Tecnologias, Matemática e suas Tecnologias, Ciências da Natureza e suas Tecnologias e Ciências Humanas e Sociais Aplicadas. Seu principal objetivo é equalizar a qualidade da educação no país, primando pelo estabelecimento de um patamar comum de aprendizagem e de desenvolvimento ao qual todos os estudantes do Brasil tenham acesso e direito. A proposta de aprendizagem indicada na BNCC se alinha com o Plano Nacional de Educação (PNE) e orienta-se pelos princípios éticos, políticos e estéticos que visam à formação humana integral e à construção de uma sociedade justa, democrática e inclusiva. O documento indica que as aprendizagens essenciais devem ser desenvolvidas ao longo de toda a Educação Básica por meio do atendimento a dez competências gerais. Sendo que, por competência, entende-se a: [...] mobilização de conhecimentos (conceitos e procedimentos), habilidades (práticas, cognitivas e socioemocionais), atitudes e valores para resolver demandas complexas da vida cotidiana, do pleno exercício da cidadania e do mundo do trabalho. BRASIL. Ministério da Educação. Base Nacional Comum Curricular. Brasília, DF: MEC, 2018. p. 8.

A proposta de desenvolvimento de competências assumida pela BNCC busca distanciar o ensino de uma abordagem que se concentra em memorizações vazias de sentido para os estudantes. Correntes pedagógicas que se baseiam no conceito de competência se desenvolveram há algumas décadas e têm influenciado a elaboração de avaliações internacionais de aprendizagem e desempenho dos estudantes. As dez competências gerais estabelecidas pela BNCC são centrais para o desenvolvimento e para a aprendizagem do estudante ao longo de todas as etapas da Educação Básica. Elas devem ser mobilizadas de forma articulada aos conhecimentos e procedimentos de cada um dos componentes curriculares. São elas:

1 A Base Nacional Comum Curricular (BNCC) para a etapa do Ensino Médio foi homologada em dezembro de 2018. 2 Para a formação técnica e profissional, a carga mínima da FGB passa a ser de 2 100 horas, sendo que até 300 horas dessa formação básica sejam destinadas para o estudo aprofundado de conteúdos da BNCC relacionados à formação técnica profissional oferecida.

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1 Valorizar e utilizar os conhecimentos historicamente construídos sobre o mundo físico, social, cultural e digital para entender e explicar a realidade, continuar aprendendo e colaborar para a construção de uma sociedade justa, democrática e inclusiva. 2 Exercitar a curiosidade intelectual e recorrer à abordagem própria das ciências, incluindo a investigação, a reflexão, a análise crítica, a imaginação e a criatividade, para investigar causas, elaborar e testar hipóteses, formular e resolver problemas e criar soluções (inclusive tecnológicas) com base nos conhecimentos das diferentes áreas. 3 Valorizar e fruir as diversas manifestações artísticas e culturais, das locais às mundiais, e também participar de práticas diversificadas da produção artístico-cultural. 4 Utilizar diferentes linguagens – verbal (oral ou visual-motora, como Libras, e escrita), corporal, visual, sonora e digital –, bem como conhecimentos das linguagens artística, matemática e científica, para se expressar e partilhar informações, experiências, ideias e sentimentos em diferentes contextos e produzir sentidos que levem ao entendimento mútuo. 5 Compreender, utilizar e criar tecnologias digitais de informação e comunicação de forma crítica, significativa, reflexiva e ética nas diversas práticas sociais (incluindo as escolares) para se comunicar, acessar e disseminar informações, produzir conhecimentos, resolver problemas e exercer protagonismo e autoria na vida pessoal e coletiva. 6 Valorizar a diversidade de saberes e vivências culturais e apropriar-se de conhecimentos e experiências que lhe possibilitem entender as relações próprias do mundo do trabalho e fazer escolhas alinhadas ao exercício da cidadania e ao seu projeto de vida, com liberdade, autonomia, consciência crítica e responsabilidade. 7 Argumentar com base em fatos, dados e informações confiáveis, para formular, negociar e defender ideias, pontos de vista e decisões comuns que respeitem e promovam os direitos humanos, a consciência socioambiental e o consumo responsável em âmbito local, regional e global, com posicionamento ético em relação ao cuidado de si mesmo, dos outros e do planeta. 8 Conhecer-se, apreciar-se e cuidar de sua saúde física e emocional, compreendendo-se na diversidade humana e reconhecendo suas emoções e as dos outros, com autocrítica e capacidade para lidar com elas. 9 Exercitar a empatia, o diálogo, a resolução de conflitos e a cooperação, fazendo-se respeitar e promovendo o respeito ao outro e aos direitos humanos, com acolhimento e valorização da diversidade de indivíduos e de grupos sociais, seus saberes, identidades, culturas e potencialidades, sem preconceitos de qualquer natureza. 10 Agir pessoal e coletivamente com autonomia, responsabilidade, flexibilidade, resiliência e determinação, tomando decisões com base em princípios éticos, democráticos, inclusivos, sustentáveis e solidários. BRASIL. Ministério da Educação. Base Nacional Comum Curricular: educação é a base. Brasília, DF: MEC, 2018. p. 9-10.

Além das competências gerais, a BNCC apresenta competências específicas para cada área de conhecimento em cada segmento da Educação Básica. No Ensino Médio, o documento apresenta três competências específicas, listadas a seguir, para a área de Ciências da Natureza e suas Tecnologias, que é constituída pelos componentes curriculares Biologia, Física e Química. 1 Analisar fenômenos naturais e processos tecnológicos, com base nas interações e relações entre matéria e energia, para propor ações individuais e coletivas que aperfeiçoem processos produtivos, minimizem impactos socioambientais e melhorem as condições de vida em âmbito local, regional e global. 2 Analisar e utilizar interpretações sobre a dinâmica da Vida, da Terra e do Cosmos para elaborar argumentos, realizar previsões sobre o funcionamento e a evolução dos seres vivos e do Universo, e fundamentar e defender decisões éticas e responsáveis. 3 Investigar situações-problema e avaliar aplicações do conhecimento científico e tecnológico e suas implicações no mundo, utilizando procedimentos e linguagens próprios das Ciências da Natureza, para propor soluções que considerem demandas locais, regionais e/ou globais, e comunicar suas descobertas e conclusões a públicos variados, em diversos contextos e por meio de diferentes mídias e tecnologias digitais de informação e comunicação (TDIC). BRASIL. Ministério da Educação. Base Nacional Comum Curricular: educação é a base. Brasília, DF: MEC, 2018. p. 553.

O desenvolvimento das competências específicas é assegurado por um conjunto de habilidades que representam as aprendizagens essenciais que devem ser garantidas a todos os estudantes do Ensino Médio. Para a área de Ciências da Natureza e suas Tecnologias, há 26 habilidades distribuídas nas 3 competências específicas. Cada habilidade é identificada por um código alfanumérico, como se verifica a seguir. Competência específica 1 • EM13CNT101 – Analisar e representar, com ou sem o uso de dispositivos e de aplicativos digitais específicos, as transformações e conservações em sistemas que envolvam quantidade de matéria, de energia e de movimento para realizar previsões sobre seus comportamentos em situações cotidianas e em processos produtivos que priorizem o desenvolvimento sustentável, o uso consciente dos recursos naturais e a preservação da vida em todas as suas formas. • EM13CNT102 – Realizar previsões, avaliar intervenções e/ou construir protótipos de sistemas térmicos que visem à sustentabilidade, considerando sua composição e os efeitos das variáveis termodinâmicas sobre seu funcionamento, considerando também o uso de tecnologias digitais que auxiliem no cálculo de estimativas e no apoio à construção dos protótipos.

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• EM13CNT103 – Utilizar o conhecimento sobre as radiações e suas origens para avaliar as potencialidades e os riscos de sua aplicação em equipamentos de uso cotidiano, na saúde, no ambiente, na indústria, na agricultura e na geração de energia elétrica. • EM13CNT104 – Avaliar os benefícios e os riscos à saúde e ao ambiente, considerando a composição, a toxicidade e a reatividade de diferentes materiais e produtos, como também o nível de exposição a eles, posicionando-se criticamente e propondo soluções individuais e/ou coletivas para seus usos e descartes responsáveis. • EM13CNT105 – Analisar os ciclos biogeoquímicos e interpretar os efeitos de fenômenos naturais e da interferência humana sobre esses ciclos, para promover ações individuais e/ou coletivas que minimizem consequências nocivas à vida. • EM13CNT106 – Avaliar, com ou sem o uso de dispositivos e aplicativos digitais, tecnologias e possíveis soluções para as demandas que envolvem a geração, o transporte, a distribuição e o consumo de energia elétrica, considerando a disponibilidade de recursos, a eficiência energética, a relação custo/benefício, as características geográficas e ambientais, a produção de resíduos e os impactos socioambientais e culturais. • EM13CNT107 – Realizar previsões qualitativas e quantitativas sobre o funcionamento de geradores, motores elétricos e seus componentes, bobinas, transformadores, pilhas, baterias e dispositivos eletrônicos, com base na análise dos processos de transformação e condução de energia envolvidos – com ou sem o uso de dispositivos e aplicativos digitais –, para propor ações que visem a sustentabilidade. Competência específica 2 • EM13CNT201 – Analisar e discutir modelos, teorias e leis propostos em diferentes épocas e culturas para comparar distintas explicações sobre o surgimento e a evolução da Vida, da Terra e do Universo com as teorias científicas aceitas atualmente. • EM13CNT202 – Analisar as diversas formas de manifestação da vida em seus diferentes níveis de organização, bem como as condições ambientais favoráveis e os fatores limitantes a elas, com ou sem o uso de dispositivos e aplicativos digitais (como softwares de simulação e de realidade virtual, entre outros). • EM13CNT203 – Avaliar e prever efeitos de intervenções nos ecossistemas, e seus impactos nos seres vivos e no corpo humano, com base nos mecanismos de manutenção da vida, nos ciclos da matéria e nas transformações e transferências de energia, utilizando representações e simulações sobre tais fatores, com ou sem o uso de dispositivos e aplicativos digitais (como softwares de simulação e de realidade virtual, entre outros). • EM13CNT204 – Elaborar explicações, previsões e cálculos a respeito dos movimentos de objetos na Terra, no

Sistema Solar e no Universo com base na análise das interações gravitacionais, com ou sem o uso de dispositivos e aplicativos digitais (como softwares de simulação e de realidade virtual, entre outros). • EM13CNT205 – Interpretar resultados e realizar previsões sobre atividades experimentais, fenômenos naturais e processos tecnológicos, com base nas noções de probabilidade e incerteza, reconhecendo os limites explicativos das ciências. • EM13CNT206 – Discutir a importância da preservação e conservação da biodiversidade, considerando parâmetros qualitativos e quantitativos, e avaliar os efeitos da ação humana e das políticas ambientais para a garantia da sustentabilidade do planeta. • EM13CNT207 – Identificar, analisar e discutir vulnerabilidades vinculadas às vivências e aos desafios contemporâneos aos quais as juventudes estão expostas, considerando os aspectos físico, psicoemocional e social, a fim de desenvolver e divulgar ações de prevenção e de promoção da saúde e do bem-estar. • EM13CNT208 – Aplicar os princípios da evolução biológica para analisar a história humana, considerando sua origem, diversificação, dispersão pelo planeta e diferentes formas de interação com a natureza, valorizando e respeitando a diversidade étnica e cultural humana. • EM13CNT209 – Analisar a evolução estelar associando-a aos modelos de origem e distribuição dos elementos químicos no Universo, compreendendo suas relações com as condições necessárias ao surgimento de sistemas solares e planetários, suas estruturas e composições e as possibilidades de existência de vida, utilizando representações e simulações, com ou sem o uso de dispositivos e aplicativos digitais (como softwares de simulação e de realidade virtual, entre outros). Competência específica 3 • EM13CNT301 – Construir questões, elaborar hipóteses, previsões e estimativas, empregar instrumentos de medição e representar e interpretar modelos explicativos, dados e/ou resultados experimentais para construir, avaliar e justificar conclusões no enfrentamento de situações-problema sob uma perspectiva científica. • EM13CNT302 – Comunicar, para públicos variados, em diversos contextos, resultados de análises, pesquisas e/ou experimentos, elaborando e/ou interpretando textos, gráficos, tabelas, símbolos, códigos, sistemas de classificação e equações, por meio de diferentes linguagens, mídias, tecnologias digitais de informação e comunicação (TDIC), de modo a participar e/ou promover debates em torno de temas científicos e/ou tecnológicos de relevância sociocultural e ambiental. • EM13CNT303 – Interpretar textos de divulgação científica que tratem de temáticas das Ciências da Natureza, disponíveis em diferentes mídias, considerando a

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apresentação dos dados, tanto na forma de textos como em equações, gráficos e/ou tabelas, a consistência dos argumentos e a coerência das conclusões, visando construir estratégias de seleção de fontes confiáveis de informações. • EM13CNT304 – Analisar e debater situações controversas sobre a aplicação de conhecimentos da área de Ciências da Natureza (tais como tecnologias do DNA, tratamentos com células-tronco, neurotecnologias, produção de tecnologias de defesa, estratégias de controle de pragas, entre outros), com base em argumentos consistentes, legais, éticos e responsáveis, distinguindo diferentes pontos de vista. • EM13CNT305 – Investigar e discutir o uso indevido de conhecimentos das Ciências da Natureza na justificativa de processos de discriminação, segregação e privação de direitos individuais e coletivos, em diferentes contextos sociais e históricos, para promover a equidade e o respeito à diversidade. • EM13CNT306 – Avaliar os riscos envolvidos em atividades cotidianas, aplicando conhecimentos das Ciências da Natureza, para justificar o uso de equipamentos e recursos, bem como comportamentos de segurança, visando à integridade física, individual e coletiva, e socioambiental, podendo fazer uso de dispositivos e aplicativos digitais que viabilizem a estruturação de simulações de tais riscos. • EM13CNT307 – Analisar as propriedades dos materiais para avaliar a adequação de seu uso em diferentes aplicações (industriais, cotidianas, arquitetônicas ou tecnológicas) e/ou propor soluções seguras e sustentáveis considerando seu contexto local e cotidiano. • EM13CNT308 – Investigar e analisar o funcionamento de equipamentos elétricos e/ou eletrônicos e sistemas de automação para compreender as tecnologias contemporâneas e avaliar seus impactos sociais, culturais e ambientais. • EM13CNT309 – Analisar questões socioambientais, políticas e econômicas relativas à dependência do mundo atual em relação aos recursos não renováveis e discutir a necessidade de introdução de alternativas e novas tecnologias energéticas e de materiais, comparando diferentes tipos de motores e processos de produção de novos materiais. • EM13CNT310 – Investigar e analisar os efeitos de programas de infraestrutura e demais serviços básicos (saneamento, energia elétrica, transporte, telecomunicações, cobertura vacinal, atendimento primário à saúde e produção de alimentos, entre outros) e identificar necessidades locais e/ou regionais em relação a esses serviços, a fim de avaliar e/ou promover ações que contribuam para a melhoria na qualidade de vida e nas condições de saúde da população. BRASIL. Ministério da Educação. Base Nacional Comum Curricular: educação é a base. Brasília, DF: MEC, 2018. p. 555, 557, 559-560.

O enfoque no desenvolvimento de competências e habilidades, possibilita práticas escolares contextualizadas às necessidades da sociedade e do mundo do trabalho, que estão em constante transformação, e possibilita a valorização do contexto de cada estudante, o que favorece a sua formação. Os conteúdos trabalhados nesta obra fornecem subsídios para que os estudantes possam desenvolver habilidades e os incentivam a mobilizá-las em sua ação cotidiana, seja durante a realização das atividades ou durante a leitura dos textos e das seções que compõem esta obra. Entende-se que as habilidades indicam os rumos para que as competências específicas de Ciências da Natureza sejam trabalhadas em sala de aula. Sendo assim, a abordagem de uma habilidade contribui para o desenvolvimento da competência específica à qual está atrelada. A organização desta obra possibilita que, a cada Unidade, um conjunto de habilidades seja explorado, o qual, por consequência, contribui para que as respectivas competências específicas também sejam atendidas. Quanto às competências gerais, seu desenvolvimento ocorre em diferentes momentos, como ao se favorecer o uso da abordagem científica, ao explorar diferentes formas de linguagem, ao incentivar o uso significativo de tecnologias digitais, ao estimular a argumentação e ao incentivar ações responsáveis embasadas em princípios éticos e sustentáveis. O trabalho com as habilidades e com as competências gerais e específicas da BNCC está explicitado nas Orientações didáticas desta obra. É possível consultar essas informações durante a organização e o planejamento das aulas, adequando-as conforme sua realidade escolar.

Temas Contemporâneos Transversais (TCTs) Os Temas Contemporâneos Transversais têm como propósito abordar aspectos cotidianos que impactam a vida humana em escala local, regional e global. São temas que não envolvem objetos específicos de nenhum componente curricular, podendo ser trabalhados por todos eles. A inserção dos TCTs nos processos de aprendizagem contribui para a superação da fragmentação do conhecimento e para a formação integral do estudante, possibilitando o desenvolvimento de uma visão ampla de mundo. Conforme a BNCC, [...] cabe aos sistemas e redes de ensino, assim como às escolas, em suas respectivas esferas de autonomia e competência, incorporar aos currículos e às propostas pedagógicas a abordagem de temas contemporâneos que afetam a vida humana em escala local, regional e global, preferencialmente de forma transversal e integradora. [...] BRASIL. Ministério da Educação. Base Nacional Comum Curricular: educação é a base. Brasília, DF: MEC, 2018. p. 19.

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Os 15 Temas Contemporâneos Transversais estão dispostos em seis macroáreas temáticas, conforme listado a seguir: • Macroárea Cidadania e Civismo: Vida Familiar e Social; Educação para o Trânsito; Educação em Direitos Humanos; Direitos da Criança e do Adolescente; Processo de envelhecimento, respeito e valorização do Idoso. • Macroárea Meio Ambiente: Educação Ambiental; Educação para o Consumo. • Macroárea Saúde: Saúde; Educação Alimentar e Nutricional. • Macroárea Multiculturalismo: Diversidade Cultural; Educação para valorização do multiculturalismo nas matrizes históricas e culturais Brasileiras. • Macroárea Economia: Trabalho; Educação Financeira; Educação Fiscal. • Macroárea Ciência e Tecnologia: Ciência e Tecnologia. Nesta obra, os TCTs são trabalhados em diversos momentos: no texto principal, nas seções ou nas atividades, por meio de questões relativas a assuntos das diferentes macroáreas temáticas. Nesses momentos, os estudantes são levados, por exemplo, a avaliar os impactos causados pelas ações dos indivíduos no ambiente em que vivem, a refletir sobre modo de vida sustentável, abordando a questão do excesso de resíduos descartados no mundo e no Brasil, a analisar a relação dinâmica entre conhecimento científico e produção de tecnologias e a perceber a importância da Ciência para a formação da cidadania.

O ensino de Ciências da Natureza A Ciência é fundamental para capacitar os indivíduos a compreender o mundo ao seu redor e a agir sobre ele. Em especial, no caso das Ciências da Natureza, diferentes aspectos próprios dessa área de conhecimento estão presentes no nosso cotidiano e influenciam nossa saúde e o modo como vivemos, pensamos e agimos. Sobre essa presença, a BNCC considera que: [...] do transporte aos eletrodomésticos; da telefonia celular à internet; dos sensores óticos aos equipamentos médicos; da biotecnologia aos programas de conservação ambiental; dos modelos submicroscópicos aos cosmológicos; do movimento das estrelas e galáxias às propriedades e transformações dos materiais. Além disso, questões globais e locais com as quais a Ciência e a Tecnologia estão envolvidas – como desmatamento, mudanças climáticas, energia nuclear e uso de transgênicos na agricultura – já passaram a incorporar as preocupações de muitos brasileiros. [...] BRASIL. Ministério da Educação. Base Nacional Comum Curricular: educação é a base. Brasília, DF: MEC, 2018. p. 547.

Nesse contexto, o conhecimento científico se consolida como uma importante ferramenta para a sociedade moderna, ao auxiliar a resolução de problemas e possibilitar novas visões de mundo. Portanto, para que ocorra de forma significativa, o ensino de Ciências da Natureza deve alinhar a aprendizagem dos estudantes aos avanços científicos e ao desenvolvimento de competências que lhes permitam utilizar esse conhecimento em diferentes contextos, de maneira informada, consciente e crítica. Além disso, deve oportunizar o exercício pleno da cidadania, de modo que os estudantes sejam capazes de enfrentar desafios contemporâneos e tomar decisões que impactem a sociedade positivamente. A cidadania, na prática, refere-se aos direitos e deveres que um indivíduo possui e que lhe permitem participar ativamente da sociedade. Na busca para a construção da cidadania, os valores como respeito, responsabilidade, justiça e solidariedade merecem destaque, pois ajudam na construção de uma sociedade mais justa e inclusiva. As Ciências da Natureza oportunizam discussões sobre o impacto das ações humanas no planeta e na sociedade. Essas discussões podem favorecer o desenvolvimento de habilidades socioemocionais e de valores, principalmente quando os estudantes são confrontados com situações em que é importante haver respeito mútuo, solidariedade e empatia. Nessas situações, é fundamental incentivar a resolução justa de conflitos, com cooperação entre os envolvidos, com respeito aos direitos humanos, com acolhimento e valorização das diversidades, sejam de indivíduos ou de grupos sociais, assim como de seus saberes, identidades, culturas e potencialidades, sem preconceitos de qualquer natureza. Desta forma, contribui-se para a formação de cidadãos críticos e conscientes.

Letramento científico Na atualidade, o contato com inúmeras informações, geralmente, desconexas e de fontes não confiáveis, potencializado pelos meios de comunicação e pelas redes sociais, pode distanciar os indivíduos do conhecimento científico. O acesso a um volume excessivo de informações torna difícil, muitas vezes, a distinção entre o que é de fato verdadeiro e o que é falso. Nesse cenário de sobrecarga informacional, há uma alta circulação de fake news, que correspondem a informações falsas normalmente propagadas com o objetivo de manipular opiniões. Além delas, nos últimos anos, houve a popularização de teorias pseudocientíficas, que, de maneira geral, correspondem a explicações que se apresentam como científicas, mas carecem de evidências sólidas e de rigor metodológico. Ou seja, tentam atingir o status de teoria científica, mas utilizam premissas não científicas para sua sustentação. As fake news e as pseudociências têm contribuído para o aumento da desinformação na sociedade. Em

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meio a esse contexto, o combate contra a desinformação pode ser auxiliado pelo letramento científico, que envolve a capacidade de compreender e interpretar o mundo (natural, social e tecnológico) e de transformá-lo com base nos aportes teóricos e processuais das Ciências, e está entre os objetivos educacionais da área de Ciências da Natureza e suas Tecnologias. Para oportunizá-lo, o ensino de Ciências da Natureza não deve garantir apenas a aquisição de conhecimentos conceituais por parte dos estudantes. É preciso também promover a compreensão de aspectos relacionados à natureza, à história e à abordagem da Ciência, além do desenvolvimento de competências para resolver problemas e agir sobre o mundo, importantes para o exercício pleno da cidadania. Isso pode ser feito a partir da promoção de discussões sobre as características da Ciência, durante a escolarização dos estudantes, além de envolvê-los com procedimentos e práticas inerentes à abordagem científica. Desta forma, ao entender Ciência, sobre Ciência e como fazer Ciência, os estudantes se tornam capazes de distinguir o que é científico, portanto, válido e aceito, do que não é científico, que, muitas vezes, associa-se a informações enganosas e inválidas. Logo, ao serem letrados cientificamente, podem contribuir para o combate à desinformação.

Pensamento crítico Em um mundo cada vez mais interconectado, no qual o acesso à informação é próximo do ilimitado, o pensamento crítico também se estabelece como uma ferramenta essencial para analisar e filtrar as inúmeras informações com as quais as pessoas se deparam diariamente. Por meio de uma abordagem mais objetiva da realidade, Ennis considera o pensamento crítico como uma forma de pensamento racional, reflexivo, direcionado para a decisão em que acredita. Por ser um pensamento racional, o pensamento crítico está vinculado ao conhecimento científico, desse modo, sua promoção possibilita o desenvolvimento de ações com base em fatos e evidências científicas. Tomando como foco do aprendizado os estudantes e suas experiências como jovens cidadãos, o processo escolar de ensino e aprendizagem deve incentivar neles uma leitura de mundo sustentada em uma visão crítica da realidade. Ao analisar criticamente a realidade observada, os estudantes podem não apenas agir com mais consciência em questões individuais e sociais, mas também desempenhar um papel ativo no combate à desinformação. O pensamento crítico reúne análises, avaliações, estabelecimento de relações entre diferentes saberes, reflexões sobre a vida diária e questionamento de valores. Portanto, está relacionado à competência leitora, indispensável à formação integral dos estudantes.

Um leitor, ao realizar um procedimento de leitura (seja de textos escritos, imagens, mídias audiovisuais etc.), interage com o material e o contexto no qual está inserido. A qualidade da sua leitura está intimamente conectada à qualidade das suas inferências. E quando ele faz essas conjeturas a partir do que lê, é com sua capacidade inferencial que o faz. Daí a relevância desse tema ser abordado no processo de ensino e aprendizagem. A capacidade inferencial é uma ferramenta para o estudante ir além do primeiro entendimento do material lido, associando as informações explícitas às informações que possui. Nesse processo, percebe elementos não explicitamente indicados no material e estabelece conexão de ideias, para então concluir algo e gerar sentido. Inferência é o resultado de um processo cognitivo por meio do qual uma assertiva é feita a respeito de algo desconhecido, tendo como base uma observação. No dia a dia, é possível, por exemplo, inferir a riqueza de uma pessoa pela observação do seu modo de vida, a gravidade de um acidente de trânsito pelo estado dos veículos envolvidos e o sabor de um alimento pelo seu aroma. A inferência revela-se como uma conclusão de um raciocínio, uma expectativa, fundamentada em um indício, uma circunstância ou uma pista. Assim, fundamentando-se em uma observação ou em uma proposição são estabelecidas algumas relações – evidentes ou prováveis – e chega-se a uma conclusão decorrente do que se captou ou julgou. [...] DELL’ISOLA, R. L. P. Inferência na leitura. In: FRADE, I. C. A. da S. et al. (org.). Glossário Ceale. Belo Horizonte: Faculdade de Educação, Universidade Federal de Minas Gerais. Disponível em: https://www.ceale.fae.ufmg.br/ glossarioceale/verbetes/inferencia-na-leitura. Acesso em: 26 set. 2024.

Quanto mais amplo é seu repertório de conhecimentos, mais capaz se torna de compreender um texto, uma vez que a inferência não está no texto, mas na leitura, e se dá à medida que o leitor vai interagindo com o que lê. A leitura inferencial tem como resultado os sentidos do texto, e tais sentidos não estão prontos no texto, à espera do leitor. Há um processamento das informações pelo leitor, sustentado pelo seu próprio repertório de conhecimentos, de vivências, de ideias etc. O processo inferencial possibilita, portanto, a ampliação dos sentidos construídos a partir da leitura de determinado material. E essa ampliação é importante para que as informações que chegam aos indivíduos sejam analisadas profunda e criticamente. A produção de análises críticas também se relaciona à elaboração de argumentos sólidos e consistentes, especialmente no contexto educacional. Na contemporaneidade, a argumentação possui papel importante na sustentação do ensino de Ciências Naturais no Ensino Médio. Levar o jovem a tecer argumentos empregando dados, além de princípios éticos, sustentáveis e inclusivos,

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deve ser um objetivo de ensino em discussões e práticas na escola. Essa abordagem contribui para que os estudantes percebam e aprendam que quando se pretende convencer outra pessoa de algo, é necessário argumentar, e não somente emitir opiniões infundadas. Apreender o mundo e expressar-se de maneira assertiva, tanto de forma oral como escrita, requer bons argumentos com base em fatos; portanto, o trabalho com os estudantes demanda que suas colocações se fundamentem em observar fenômenos e em coletar, analisar e sistematizar dados, fatos e informações consistentes, elaborando de modo mais claro e objetivo afirmações e conclusões sobre aquilo que observaram. Em nossa realidade, é relevante que o estudante tenha proximidade com o processo de investigação científica e compreenda a necessidade de superar o senso comum e de adotar uma visão objetiva da realidade, compreendendo a obtenção e a construção de dados como uma etapa indispensável na elaboração de seus argumentos. Desta forma, podem se tornar cidadãos ativos, capazes de contribuir de forma significativa para debates sociais e científicos, subsidiados com o conhecimento e as habilidades necessárias.

Interdisciplinaridade e ensino de Ciências da Natureza O texto a seguir foi escrito por Lenir Basso Zanon3 exclusivamente para esta coleção. Atualmente, a educação está cada vez mais exigente de aprendizados com características contextuais e inter-relacionais que propiciem a construção de conhecimentos com muitas dimensões, que explicitem seus aspectos sociais, culturais, éticos, econômicos etc. Justificar, dessa forma, a perspectiva da interdisciplinaridade exige discernimento quanto à finalidade educativa do ensino que vivenciamos em cada uma das nossas aulas. Exige que (re)signifiquemos permanentemente o entendimento do que seja o conteúdo constitutivo do conhecimento escolar a ser produzido nas aulas. Afinal, a mera transmissão de fragmentos isolados de conteúdos específicos não possibilita ao estudante compreender e desenvolver conhecimentos socialmente relevantes, nas dimensões cognitivas, conceituais, atitudinais, procedimentais, de valores e princípios, sistematicamente implicados nas compreensões e nas ações no mundo. Adentrar no espaço-tempo de cada aula exige, pois, que tenhamos clareza e discernimento quanto às implicações dos conteúdos a serem ensinados e apreendidos como formas de pensar e de agir em situações da vida. Exige refletir sobre os sentidos que atribuímos, em cada aula, ao objetivo geral do ensino das Ciências da Natureza: compreender e agir no mundo sob uma perspectiva socialmente responsável.

A área das Ciências da Natureza, sendo uma construção humana que pode ser delimitada histórica e culturalmente, abrange processos de produção de conhecimentos que apresentam limitações, pois são um recorte e uma simplificação do real. Por outro lado, sua contribuição é imprescindível para a compreensão, em profundidade, de quaisquer situações-problema da vivência socioambiental, exigentes, por natureza, de serem (re)significadas sempre que possibilitarem a mobilização de distintas perspectivas de conhecimento, interativamente construídas. Nesse cenário, diversas concepções e práticas curriculares se entrelaçam ao enfrentarmos os desafios inerentes aos processos de ensino e de aprendizagem em Ciências da Natureza. Esses desafios são articulados por meio de tematizações de situações vivenciais, cujo caráter dinâmico e plural revela tanto limites quanto potencialidades de cada área de conhecimento. Se o processo de conhecimento nos impõe a delimitação de determinado problema, isso não significa que tenhamos que abandonar as múltiplas determinações que o constituem. E, neste sentido, mesmo delimitado, um fato teima em não perder o tecido da totalidade de que faz parte indissolúvel. FRIGOTTO, G. A interdisciplinaridade como necessidade e como problema nas ciências sociais. In: JANTSCH, A. P.; BIANCHETTI, L. Interdisciplinaridade: para além da filosofia do sujeito. 3. ed. Petrópolis: Vozes, 1999. p. 27.

É pela articulação de formas diversificadas de compreensão de uma mesma situação real/vivencial (objeto complexo) que o ensino permite o acesso pedagógico a diferentes linguagens, significadas com características específicas a cada componente curricular/ciência, configurando novas estruturas de pensamento, interações e ações. Em cada novo contexto, os significados evoluem para novos níveis de elaboração e inter-relação, à medida que o sujeito produz novos sentidos e ganha maior consciência dos saberes (re)significados por meio de necessários movimentos de abstração e generalização. Nessa perspectiva educativa, quando a aprendizagem é desenvolvida de forma coletiva, assumindo características inter-relacionais, ela não negligencia a complexidade do objeto de cada componente curricular nem do objeto da área. Ao contrário, os estilos da linguagem e do pensamento próprios a cada componente curricular tornam-se cada vez mais relevantes para se tomar decisões e agir com responsabilidade social. [...] no conjunto, a área corresponde às produções humanas na busca da compreensão da natureza e de sua transformação, do próprio ser humano e de suas ações, mediante a produção de instrumentos culturais de ação alargada na natureza e nas interações sociais [...]. BRASIL. Ministério da Educação. Secretaria da Educação Média e Tecnológica. Ciências da natuteza, matemática e suas tecnologias. Brasília, DF: MEC: Semtec, 2006. (Orientações curriculares nacionais para o ensino médio, v. 2, p. 102).

3 Professora titular de ensino de Química da Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – Unijuí.

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Os componentes curriculares da área de Ciências da Natureza têm em comum o estudo/investigação da natureza e do desenvolvimento tecnológico, e é esse objeto específico que justifica a existência da área. Trata-se de um objeto de estudo exigente de ser conceitualmente (re)significado em contexto escolar, à medida que cada professor da área, enculturado na sua Ciência de referência, ao propiciar o acesso a ela, articula inter-relações de conceitos, de saberes e de temas em estudos coletivos sobre diferentes situações vivenciais, em interação com colegas dos outros componentes curriculares. Dessa forma, é a área que legitima a singularidade de cada componente curricular, sem nunca deixar de ser compromissada com cada Ciência de referência, possibilitando a relação com outras Ciências, em processos de compreensão de situações reais. Nesse cenário, a área nunca reduz a participação de cada componente curricular, ao contrário, ela reforça, exige e situa cada conhecimento, ao articular processos de apropriação e uso das linguagens e modelos teóricos, como inter-relação dinâmica de conhecimentos diversificados, sejam os cotidianos, sejam os científicos. [...] Características comuns às ciências que compõem a área permitem organizar e estruturar, de forma articulada, os temas sociais, os conceitos e os conteúdos associados à formação humano ‑social, na abordagem de situações reais facilitado ras de novas ações conjuntas. [...] BRASIL. Ministério da Educação. Secretaria da Educação Média e Tecnológica. Ciências da natuteza, matemática e suas tecnologias. Brasília, DF: MEC: Semtec, 2006. (Orientações curriculares nacionais para o ensino médio, v. 2, p. 103).

Nessa perspectiva, as Ciências fazem parte do currículo escolar não como meros conteúdos a serem reproduzidos em provas, mas como aprendizados que tornam o estudante mais capaz de pensar conceitualmente sobre o mundo vivido e sobre sua constante reconstrução sociocultural, assumindo escolhas e decisões de forma socialmente responsável. O convite está situado, pois, na forma como nos relacionamos entre colegas que estudam, planejam e desenvolvem coletivamente um currículo articulado no conjunto das aulas que vivenciamos por meio de formas de pensar/ agir que privilegiam a abertura para o diálogo e a vivência interativa enriquecida e enriquecedora de conhecimentos diversificados, nunca como justaposição nem como caminhos paralelos que não se encontram. Isso corrobora e referenda o entendimento, que vem se tornando cada vez mais consensual, de que a interdisciplinaridade não é um mero conceito ou proposição teórica, mas uma atitude e postura cotidianamente vivenciadas na interação entre grupos de professores com formação diversificada, que se necessitam uns dos outros, na condição tanto de portadores quanto de construtores dos conhecimentos inter-relacionais socialmente relevantes.

O ensino de Química A Ciência é uma forma de conhecimento essencial para a sociedade moderna, estando profundamente enraizada em nossa cultura. A Química, como um dos principais campos da Ciência, integra essa tradição cultural e, por isso, ocupa um lugar central na Educação Básica. Sua presença no currículo escolar atesta sua importância no cotidiano e em nosso desenvolvimento como sociedade. No entanto, o ensino de Química vai além da mera transmissão de conteúdos; ele contribui para a formação de cidadãos críticos e preparados para enfrentar as questões complexas do mundo contemporâneo. No passado, ensinar Química era muitas vezes sinônimo de decorar a tabela periódica e outras regras. Contudo, as orientações curriculares atuais e as pesquisas em Ensino de Química mostram que essa abordagem é insuficiente. O que se espera hoje do professor é que ele ajude os estudantes a compreender como a Química se organiza enquanto Ciência, incentivando a reflexão sobre seus fundamentos e suas aplicações práticas. A tabela periódica, que agora cabe na tela de um celular, ilustra bem que ela é um recurso, não o objetivo final do ensino. Como parte integrante da cultura, a Química se entrelaça com questões sociais, políticas, econômicas e éticas. O ensino de Química, portanto, deve ser contextualizado, abordando não apenas aspectos técnicos e práticos, mas também refletindo sobre as implicações éticas e sociais do conhecimento químico. Ensinar Ciências, hoje, é ajudar os estudantes a entender que a Química e as outras Ciências são construções coletivas e sociais, sujeitas a revisões e debates, e não verdades absolutas. Vivemos em uma era em que somos constantemente chamados a opinar sobre temas como o uso de agrotóxicos, a energia nuclear e a exploração de recursos naturais. Para que possamos tomar decisões informadas, é fundamental que tenhamos o conhecimento necessário para avaliar as vantagens e desvantagens de cada questão. Esse conhecimento vem da pesquisa científica, que não só gera novas descobertas, mas também levanta perguntas: quais são as implicações dessas pesquisas? Quem se beneficia delas? Como são divulgadas e compreendidas pela sociedade? É nesse contexto que o ensino de Química deve ser pensado. Ao preparar suas aulas, o professor deve refletir sobre qual é o verdadeiro objetivo do seu trabalho e qual o seu papel na formação de cidadãos conscientes. O ensino da Química, portanto, deve não apenas desenvolver os conceitos científicos, mas também promover o diálogo sobre cidadania, direitos humanos e a construção de uma sociedade mais justa e digna.

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No Brasil, o início do componente curricular de Química no ensino secundário (atual Ensino Médio) aconteceu em 1862, após séculos de uma educação de origem jesuíta que não valorizava o estudo das Ciências. A obrigatoriedade desse componente curricular foi modificada ao longo do século passado, até se estabilizar nas últimas décadas. Além disso, durante grande parte desse período, os professores de Química eram, em sua maioria, formados em cursos que não a Licenciatura em Química, sendo muitos bacharéis com pouca ou nenhuma formação pedagógica. Na década de 1970, professores de Química iniciaram um movimento com o objetivo de dar novo significado a esse componente, rompendo com o tradicional conteudismo, que era desconectado da realidade dos estudantes. Nesse contexto, surgiram iniciativas voltadas à melhoria da formação docente e ao desenvolvimento de materiais didáticos inovadores, principalmente no que diz respeito à abordagem do conhecimento. Esses professores se organizam em torno da Divisão de Ensino de Química (DEQ), criada em 1988, dentro da Sociedade Brasileira de Química (SBQ). A partir daí, começaram a realizar eventos para debater o Ensino de Química. Entre os principais eventos, destacam-se o Encontro Nacional de Ensino de Química (ENEQ) e diversos encontros regionais, como o EDEQ (RS), o EPPEQ (SP), o ECODEQ (CO), o SMEQ (MG), o Eduqui (BA), os SIMPEQUIs (Unicamp, ABQ), o EVEQ (Unesp de Araraquara), o CPEQUI (PR) e o ENCAQUI (ES). A organização dessa comunidade culminou na criação, em 18 de julho de 2018, da Sociedade Brasileira de Ensino de Química (SBEnQ). Nesse processo de aprimoramento do Ensino de Química, o livro didático é considerado uma ferramenta fundamental para o trabalho docente. Ele deve auxiliar os professores a construir diferentes possibilidades para seus processos de ensino, considerando suas concepções pedagógicas, suas realidades locais e seus objetivos educacionais.

O papel do professor No atual contexto, ao papel essencial do professor, soma-se o de mediador da aprendizagem que orienta os estudantes em seus caminhos, a fim de que sejam protagonistas na construção de seu conhecimento e desenvolvimento pessoal. O planejamento e as decisões pedagógicas precisam ter como objetivo propiciar e incentivar o estudante a assumir seu papel de sujeito mais consciente e ativo, encarando o aprendizado de forma crítica, autônoma, ética e responsável. Pode-se afirmar que o professor é um participante que simultaneamente ensina e aprende, nos momentos de trocas com os estudantes. Esse conceito de aprendizagem centrada no estudante favorece o desenvolvimento do protagonismo juvenil e abre espaço a um modelo de produção coletiva, cooperativa e com compartilhamento do conhecimento.

Assim, não se pretende que o estudante seja um receptor, e não se espera que o professor possua todos os conhecimentos envolvidos, mas sim que atue como incentivador e orientador do protagonismo dos jovens no processo de aprendizagem. No caso específico da área de Ciências da Natureza e suas Tecnologias, o aprendizado científico também se beneficia de conversas significativas em torno da experiência pessoal dos estudantes, usando inicialmente seu vocabulário e suas ideias, de cunho científico ou espontâneas, para estimulá-los a formular e tentar responder questões conceituais, buscando, portanto, transcender o diálogo trivial sobre experiências e dúvidas compartilhadas para alcançar compreensões mais universais e abstratas. O maior rigor conceitual presente na etapa de Ensino Médio não significa a pretensão de prepará-los para uma carreira de natureza científica, mas sim de completar a formação básica dos jovens, auxiliando-os a atingir níveis cognitivos mais complexos. Nesse sentido, mais do que uma formação geral para a Ciência, pretende-se um aprendizado da Ciência para uma formação geral. O processo de formação continuada dos professores, nesse contexto, ganha mais relevância. No entanto, muitas vezes, esse processo é encarado como algo trivial e simples de se fazer. Todavia, é importante destacar que formar um profissional, como docente, exige mais do que cursos de atualização e atividades que ocorram fora de suas aulas. É preciso estar atento e dar valor à formação que ocorre no cotidiano da atividade docente. Essa formação que, por vezes, é invisível, silenciosa e constante, propicia a percepção de melhorias que culminem em ações e escolhas pedagógicas e metodológicas mais assertivas para a realidade escolar em que se encontra o docente. O papel como mediador frente aos estudantes e a troca de experiências com outros professores fazem parte desse processo formativo e enriquecem a prática docente.

Estratégias pedagógicas O ensino na área de Ciências da Natureza, além de favorecer o letramento científico e o desenvolvimento do pensamento crítico, possibilita explorar outros processos associados à aprendizagem, entre eles o desenvolvimento do pensamento computacional, que não necessariamente envolve programação ou uso de computadores. O pensamento computacional caracteriza-se como uma estratégia para identificar e resolver problemas, de maneira individual ou colaborativa, mediante a utilização de etapas organizadas e sintetizadas em: decomposição do problema, capacidade de abstração, pensamento algorítmico e reconhecimento de padrões. Cada uma dessas etapas pode ser caracterizada da seguinte forma:

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• Decomposição do problema: compreende a análise de problema complexo, dividindo-o em partes menores e mais simples, o que possibilita aos estudantes visualizar os detalhes do problema. • Capacidade de abstração: compreende foco, filtragem e classificação dos elementos mais relevantes para a resolução do problema. • Pensamento algorítmico: envolve a criação de uma sequência de passos, um plano, para a resolução do problema. Um conjunto de regras ou instruções claras é indispensável para a resolução do problema. • Reconhecimento de padrões: consiste na identificação de semelhanças, regularidades ou tendências em dados ou situações. Quando padrões são reconhecidos, fica mais fácil generalizar soluções, prever comportamentos e criar modelos que possam ser aplicados em problemas semelhantes. A relevância da incorporação do pensamento computacional ao processo de ensino-aprendizagem, além das habilidades que ele desenvolve, está em seu potencial de auxiliar na resolução de problemas, de enriquecer a prática docente e de propiciar uma atuação criativa e com mais domínio do processo de construção do conhecimento. Outro desafio que os professores vêm enfrentando em decorrência das constantes modificações sofridas pela sociedade é o dinamismo inerente à atualidade, que cobra dos docentes uma constante atualização e o uso de novas metodologias atreladas à sua prática. Nesse cenário, as chamadas metodologias ativas ganham espaço, uma vez que possibilitam estimular o protagonismo e a autonomia dos estudantes por meio de propostas que tornam o processo de ensino-aprendizagem mais dinâmico, atrativo e significativo para os estudantes. Dentro e fora da sala de aula, é possível utilizar diferentes metodologias ativas como estratégias para auxiliar na construção do conhecimento. Algumas dessas metodologias estão descritas a seguir. • Sala de aula invertida: essa metodologia propõe que os estudantes acessem e estudem previamente materiais relacionados aos conteúdos que serão trabalhados em sala de aula. O professor deve disponibilizar, com antecedência, o material necessário para que os estudantes possam, em momento extraclasse, analisar e interpretar o conteúdo que será posteriormente trabalhado em sala de aula. O professor deve orientá-los a anotar informações importantes e dúvidas que tenham surgido. Na data marcada, a aula pode ser iniciada permitindo que os estudantes manifestem suas opiniões e seus pareceres, levantem hipóteses, reflitam e discutam sobre o conteúdo. Durante a atividade, o professor deve ouvi-los, dando a devida importância ao que trazem de informações e questionamentos para que juntos confirmem e/ou refutem os dados e, então, construam o conhecimento.

• Debate: é um gênero oral cujo objetivo é fazer os estudantes expor argumentos e contra-argumentos, exercitando a capacidade de assumir uma posição em relação a um determinado assunto e de respeitar diferentes opiniões. As opiniões conflitantes são consideradas algo positivo, pois auxiliam no enriquecimento do aprendizado. Ao professor cabe organizar, mediar e avaliar não só a consistência dos argumentos usados, mas também como eles são expostos, valorizando a argumentação dos estudantes enquanto se expressam e garantir o respeito às ideias contrárias e a participação de todos. Para a realização de um debate, é necessário planejamento, que inclui a definição do tema, de como a turma deve se organizar (duplas, grupos etc.) e o estabelecimento de uma data. Além disso, o professor deve orientar os estudantes quanto às fontes de pesquisa, verificando se as usadas para a pesquisa são confiáveis. Para a execução da atividade, é importante estabelecer as regras para o debate e indicar quem será o mediador, um estudante, um grupo de estudantes ou o próprio docente. Para concluir a atividade, após a exposição das ideias, o professor deve pedir aos estudantes que formulem uma conclusão juntos, respeitando os diferentes posicionamentos e oferecendo possíveis soluções quando houver divergências. • Aprendizagem baseada em projetos: esse tipo de aprendizagem fundamenta-se em projetos que se baseiam em situações-problema reais, preferencialmente relacionadas ao ambiente escolar e/ou ao cotidiano dos estudantes. De forma coletiva e colaborativa, eles devem buscar uma solução para a problemática proposta, elaborando hipóteses e realizando investigações. As sugestões podem envolver diversos formatos de produto final (vídeo, podcast, ensaio etc.), que podem ser apresentadas para a comunidade escolar e/ou local. • Aprendizagem baseada em problemas: essa metodologia utiliza como ponto de partida um problema, proposto pelo professor, cuja busca pela resolução possibilita a construção do conhecimento. É interessante que os problemas estejam relacionados à realidade dos estudantes e que eles possam propor diversas formas de resolvê-lo. Por isso, nesse tipo de metodologia, não se deve ter como problema central um cuja resposta seja obtida com a simples aplicação de uma fórmula, por exemplo. O professor deve acompanhar todas as etapas do processo de proposta de resolução realizada pelos estudantes, que muitas vezes é mais relevante do que a própria solução, uma vez que possibilita analisar todo o raciocínio desenvolvido por eles e quais são os possíveis pontos de atenção na compreensão de um conceito. Essas e outras metodologias, ao serem aplicadas no processo de ensino-aprendizagem, propiciam o desenvolvimento de diversas competências e habilidades nos estudantes. Além disso, podem ser realizadas ocupando

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espaços diferentes da escola, como a biblioteca ou o pátio, e possibilitam organizações alternativas das cadeiras escolares, que não precisam necessariamente ficar alinhadas, podendo ser organizadas em grupos ou em círculos. Dessa maneira, se tornam ferramentas importantes na construção de um ambiente escolar mais criativo e dinâmico.

Avaliação A avaliação é uma importante etapa do processo de ensino-aprendizagem, que permite conhecer o resultado das ações didáticas. É um processo significativo que deve, quando necessário, passar por reajustes e reformulações para que ultrapasse os objetivos comuns de medição e classificação. Para que a avaliação propicie um diagnóstico esclarecedor é necessário que seja contínua e diversificada. Assim, cabe aos professores observar as individualidades de cada estudante e o contexto social, econômico e cultural em que a escola está inserida para que suas práticas didáticas e, consequentemente, o processo avaliativo sejam significativos. Sob essa perspectiva, avaliar significa dinamizar oportunidades de reflexão e ação, valorizando o processo de aprender a aprender e a formação integral dos estudantes. O processo avaliativo deve ocorrer em diversos momentos, em situações formais e informais, preferencialmente recorrendo a uma diversidade de instrumentos de avaliação, e não apenas a testes e provas tradicionais. Geralmente, a avaliação que costuma ser valorizada por famílias, pela sociedade e, muitas vezes, pelos próprios estudantes é aquela que mede e quantifica o aprendizado. No entanto, é urgente que concepções mais atuais de avaliação ganhem espaço e se façam mais presentes no ambiente escolar. A avaliação deve se transformar em um diálogo contínuo entre professor e estudante, deixando de ter um caráter punitivo e excludente, focado apenas na medição de resultados. Em vez disso, é importante que a avaliação seja formativa e contínua, permitindo não apenas acompanhar o progresso do estudante, mas também fornecer ao professor uma visão clara do que funcionou durante o processo e do que precisa ser ajustado. Assim, sugere-se que a avaliação inicial no processo de ensino-aprendizagem seja uma avaliação diagnóstica, para identificar evidências do que os estudantes sabem, ou seja, para trazer à tona conhecimentos prévios sobre o tema a ser estudado e identificar as formas de aprendizagem mais adequadas a eles, diante de suas singularidades e de seus contextos. Ao longo das atividades, é fundamental que ocorra a avaliação formativa, cuja finalidade é contribuir para a trajetória de aprendizagem dos estudantes e ampliar a percepção do professor para que identifique adaptações necessárias nas próximas etapas do trabalho. Nessa avaliação, pode-se utilizar vários instrumentos:

comentários; feedbacks individuais, para pequenos grupos ou para a turma inteira; conversas informais; relatórios escritos com pontos positivos e pontos a melhorar; breves anotações escritas; roteiros de avaliação; rubricas; entre outros. É muito relevante que o processo de avaliação seja claro e que os estudantes sejam estimulados a refletir sobre o próprio comportamento e aprendizado. Assim, é essencial compartilhar com eles detalhes do processo avaliativo, considerando diferentes modalidades de avaliação, cada uma conectada a seu objetivo. E o professor, em seu papel de mediador, deve ter a avaliação como instrumento de construção de conhecimento compartilhado, e não como um ato de controle, o que tornaria a avaliação uma forma de seleção, exclusão e competição. A ação avaliativa também está presente no momento final de um processo, para recapitulação. Nesse caso, ela é denominada avaliação somativa. Para o professor, auxilia a verificar os aprendizados consolidados e a autoavaliar seu próprio trabalho. Os critérios da avaliação, seja formativa ou somativa, precisam ser apresentados e discutidos coletivamente com os estudantes antes de sua aplicação, para que saibam como e sob quais aspectos serão avaliados. O resultado de toda avaliação deve ser devolvido aos estudantes e revisado com eles, para que percebam o ensino como um processo, o que implica rever os motivos dos erros, a fim de avançar na aprendizagem. O modelo avaliativo escolhido também pode funcionar para comparar o desempenho dos estudantes de uma mesma turma ou de turmas diferentes. A avaliação comparativa pode, por exemplo, acontecer durante ou ao final de uma aula, e seu resultado permite verificar se o aproveitamento dos estudantes está dentro das expectativas ou se algumas ações são necessárias para que se atinja o esperado. Provas padronizadas, como alguns exames nacionais ou simulados, têm esse caráter comparativo, possibilitando que estudantes de uma mesma série escolar, mas de escolas diferentes, sejam avaliados e seu desempenho, comparado a um padrão esperado. Além da comparação entre os indivíduos, também é possível aplicar a avaliação ipsativa, que possibilita acompanhar e comparar o desenvolvimento de um mesmo estudante ao longo do tempo, verificando assim como se dá o processo de aprendizagem de cada um. Momentos de feedback individual e autoavaliação são ferramentas que podem auxiliar no estabelecimento de metas individuais que valorizem o progresso de cada estudante, potencializando assim o processo de aprendizagem. É preciso frisar que a avaliação dos estudantes também reflete diretamente a atuação do professor. Um resultado insatisfatório nas avaliações dos estudantes indica que, de alguma forma, o professor não foi bem-sucedido em sua função. Quando a média das notas é baixa, isso pode significar que o objetivo educacional não foi atingido, seja porque o ensino não foi eficaz ou porque a forma de avaliação não foi adequada.

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Fundamentação teórico-metodológica da obra Como professores e professoras que ensinam Química, muitas vezes, recordamos como foi o nosso percurso de aprender Química no Ensino Médio e existe uma grande chance de ter sido um percurso que privilegiou a memorização e a aplicação de fórmulas em situações apresentadas de forma descontextualizada. Procuramos nos afastar desse percurso ao ancorar este livro em uma proposta que objetiva criar condições contextualizadas de aprendizagem dos inúmeros conceitos químicos e daqueles que são correlatos com a Química. Ao mesmo tempo, buscamos criar condições para que esse domínio do conhecimento químico possibilite uma ação crítica e ética com o pleno desenvolvimento das capacidades de tomada de decisão em prol de uma sociedade mais sustentável e socialmente justa. Este livro foi pensado e fundamentado no processo de unir a compreensão conceitual com as vivências dos estudantes, para que eles consigam elaborar ações práticas, sejam elas uma atividade experimental, ou mesmo, a mudança de um hábito ou comportamento que traz prejuízos à saúde ou ao meio ambiente. Para atingir este objetivo, consideramos que é essencial que sejam realizadas perguntas antes de trabalhar os conceitos químicos nesta obra. Mais do que questionar os estudantes, é importante ficar atento às respostas apresentadas por eles, promovendo assim, o direcionamento do trabalho pedagógico em função das vivências dos discentes. Desse modo, a abordagem didático-pedagógica deste livro busca se alinhar com a teoria histórico-cultural ao considerar que o desenvolvimento humano é social e que o estudante se desenvolve a partir de suas interações sociais, com os outros estudantes e com o professor. Essa teoria considera o sujeito como o principal ator de sua aprendizagem, portanto, é importante focar nos processos do estudante e não simplesmente nos resultados, levando em conta, também, o meio social e cultural no qual ele está inserido. Nesse sentido, a educação formal é fundamental para o desenvolvimento das funções psicológicas superiores, tais como: memória, consciência, percepção, atenção, fala, pensamento, vontade, formação de conceitos e emoção. Nessa abordagem, a aprendizagem é potencializada pela mediação com o outro, seja ele o professor, ou mesmo um colega de sala. Assim, esta obra oferece atividades em que o professor atua como mediador, promovendo questionamentos e orientando os estudantes na construção do conhecimento. Vigotski propôs que no desenvolvimento humano há diferentes zonas de desenvolvimento. Entre elas, merece destaque a zona iminente na qual a pessoa (estudante) já possui conhecimentos e habilidades que lhe permitem

aprender o novo e amadurecer. É nesse campo que os professores devem atuar oportunizando o desenvolvimento a partir das capacidades de seus estudantes. Para isso, nossa proposta didática inclui estratégias de ensino que fomentam o diálogo e a partilha de ideias em sala de aula, como discussão em grupo e atividades experimentais guiadas. Nesse aspecto, o livro traz propostas de atividades teóricas e práticas, de modo que o estudante seja o foco do processo de ensino e aprendizagem. O principal objetivo é que ele compreenda os conceitos químicos, consiga contextualizar com situações cotidianas e tenha condições de extrapolar esses conceitos em situações-problema que são apresentadas.

O trabalho interdisciplinar e contextualizado Ao observar um fenômeno, podemos explicá-lo com base em teorias de diferentes áreas do conhecimento, mas que se fundamentam em uma mesma explicação científica. Isso pode ser constatado por meio de conceitos que são apresentados aos estudantes com base nos diversos componentes curriculares presentes no Ensino Médio. Em algumas situações, inicialmente não percebemos as possibilidades de trabalho interdisciplinar da Química com componentes curriculares diferentes daqueles mais próximos: Biologia, Física e Matemática. Por isso, a abordagem construída nesta obra permite relações interdisciplinares desde a construção dos conceitos químicos, discutindo-se as ideias filosóficas precursoras, até as aplicações modernas do conhecimento químico. Para ilustrar, este livro apresenta, em diferentes momentos, temas que estabelecem relações interdisciplinares com outros componentes curriculares. A partir desses temas o debate em sala de aula pode extrapolar conceitos da Química e demandar conhecimentos de outras áreas. A primeira Unidade, por exemplo, apresenta fatos históricos do uso de conhecimentos da Química na Primeira Guerra Mundial, que ficou conhecida como Grande Guerra. Além dos conceitos químicos que podem ser explorados por meio das substâncias químicas produzidas com objetivo de serem utilizadas como armas, é possível de se estabelecer um trabalho interdisciplinar com os componentes curriculares Geografia e História. Ao abordar aspectos éticos e filosóficos no uso do conhecimento científico para produzir armas químicas, a Filosofia e a Sociologia agregam seus conceitos à essa proposta interdisciplinar. Já a segunda Unidade, apresenta uma nova perspectiva de relação da Química com as Artes. Em outras obras características para o Ensino de Química, comumente, são apresentados os fenômenos químicos que degradam as obras de arte, por exemplo, o fenômeno da

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chuva ácida. Este livro traz conceitos químicos relacionados à tecnologia da impressão 3D e aborda como essa tecnologia auxilia na reconstrução de obras de artes degradadas e no processo de acessibilidade, uma vez que muitas obras de arte não podem ser tocadas. Com a impressão 3D, é possível criar modelos que podem ser tocados, preservando a obra original. Outra aplicação dessa tecnologia, é na construção de objetos que não podem ser tocados devido às suas dimensões, muito grandes ou muito pequenas, favorecendo a compreensão e a inclusão. Um outro exemplo de tema interdisciplinar presente na obra, apresenta a relação da Química com a Ciência da Computação. Levar os estudantes a compreender como um dado associado a um fenômeno químico, como o valor de pH, por exemplo, pode ser transformado em um conjunto de códigos binários e ser interpretado por uma máquina (computador). Esse assunto pode ser trabalhado na escola, envolvendo projetos interdisciplinares com diferentes componentes curriculares. Essa proposta é importante para explorar os pilares do Pensamento Computacional: decomposição, reconhecimento de padrões, abstração e algoritmo. Além desses exemplos, este livro apresenta outras possibilidades de promoção do trabalho interdisciplinar envolvendo assuntos cotidianos dos estudantes, como alimentação, medicamentos, uso de agrotóxicos, entre outros. Destaca-se que esses assuntos são importantes, pois corroboram com a proposta contextualizada da presente obra. A falta ou a indisponibilidade de recursos tecnológicos apresentados neste livro pode ser um fator limitante em algumas escolas do país, mas isso não extingue a necessidade de nossos estudantes conhecerem esses recursos por meio do livro didático. Enfatiza-se, ainda, que levar o estudante a compreender as implicações sociais e ambientais da Química para entender seu contexto e poder atuar de forma mais ética e responsável é um dos objetivos deste livro. Consideramos que a partir de uma proposta contextualizada, esse objetivo fica mais próximo de ser atingido.

O livro didático e a prática docente O desenvolvimento da imprensa foi decisivo para a intensificação da produção de livros. Sua crescente popularização levou ao surgimento de livros específicos para uso em ambientes escolares: os livros didáticos. Sua estreita relação com os processos educativos cresceu com o tempo, transformando-o no recurso pedagógico mais presente nas salas de aula de todo o mundo. Com o passar do tempo, principalmente nas últimas décadas, o papel do livro didático tem mudado muito. Esse recurso foi, por muito tempo, a única fonte do “conhecimento escolar” para o estudante. Entretanto,

hoje é apenas uma entre tantas fontes disponíveis e acessíveis, como revistas, filmes, vídeos, objetos educacionais digitais, a internet e até mesmo jogos educativos. O livro didático antes impunha o conteúdo de forma linear e autoritária, valorizando a memorização e o individualismo. Sem dizer que não era acessível a todos, e hoje, no Brasil, ele está disponível a todos os estudantes, independentemente da classe social. A modificação nos modos de pensar e, consequentemente, nas teorias pedagógicas, remodelou o livro didático inclusive em termos de sua finalidade: de material único detentor de todos os saberes, para obra de apoio que instiga à busca. Por isso, ele necessita dialogar e apresentar diferentes e atualizadas fontes de informação, incentivar o desenvolvimento da consciência cidadã, com respeito ao outro e ao ambiente, reforçando o posicionamento crítico diante da realidade. Ou seja, enquanto antes era instrumento de um modelo de ensino com base na transmissão de conhecimento, agora o livro didático deve favorecer um ensino dialógico de construção de conhecimento relevantes. Atualmente, um livro didático precisa ser concebido em uma perspectiva que considere e utilize os avanços das pesquisas e trabalhos na educação em geral e, em nosso caso, nas áreas de Ensino de Ciências e de Ensino de Química. Como professor, é você que dá o tom de como será a abordagem da Química em sua sala de aula. Para isso, você deve levar em consideração o Projeto Político Pedagógico de sua escola e definir como serão suas aulas, sempre embasadas na promoção e mobilização das competências e habilidades previstas na BNCC. Este livro aborda a complexidade das competências gerais e específicas. Dessa forma, apresenta uma estruturação dos conteúdos que possibilita ao professor e à professora de Química reorganizar a proposta, considerando as diferenças presentes nas salas de aula. Essa disposição em volume único abre a possibilidade da autonomia docente de reorganização dos conteúdos diante de sua realidade docente, das diretrizes estaduais e do projeto político pedagógico de sua escola, uma vez que este livro não define nem estabelece como deve ser o trabalho docente. Esta obra também busca valorizar a experiência docente na organização do trabalho pedagógico e no ato de ensinar Química com autonomia. O objetivo é não focar apenas na preparação dos estudantes para os exames, mas principalmente na aplicação do conhecimento químico de forma crítica e promotora da cidadania. Entendemos que nossa tarefa educativa é formar pessoas críticas e informadas que possam entender o mundo ao seu redor e tomar decisões, em diferentes momentos, sobre as melhores opções para suas vidas e para a sociedade na qual vivemos. Se fizermos isso com eficiência, teremos estudantes preparados para ser cidadãos críticos e, consequentemente, em condições

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de lidar com os desafios que enfrentarão, tais como mercado de trabalho e processos de seleção para o Ensino Superior. Perceba que alcançar metas relacionadas ao mercado de trabalho e às avaliações dos vestibulares é uma consequência e não o objetivo da escola. Estudantes com uma formação sólida podem ter sucesso em diversas áreas da vida, incluindo em processos seletivos. Mais importante do que reproduzir dados, classificar ou identificar símbolos, os estudantes devem estar preparados para analisar dados, avaliar afirmações, tomar decisões e agir de forma consciente. Foi com esse objetivo que escrevemos este material didático: para abordar a diversidade esperada de uma formação mais ampla. Para efetivar essa proposta, elaboramos um material que tem o propósito de lhe oferecer diferentes ferramentas pedagógicas. Para exemplificar, vamos usar o eficaz recurso comparativo, aproximando o trabalho docente com o da construção civil. Um mestre de obras participa da construção de casas. Um professor, mestre em seu campo de saber, participa da formação de cidadãos mais críticos e informados; consequentemente, mais aptos ao mercado de trabalho. A natureza das obras desses dois profissionais é muito diferente, mas os dois fazem uso de ferramentas. É essa a analogia que queremos fazer, guardadas suas especificidades: o livro didático é uma importante caixa de ferramentas para o professor. Quando o mestre de obras precisa pregar uma madeira em outra, ele abrirá a caixa de ferramentas e retirará um martelo; se precisar cortar a ponta da madeira, fará uso de um serrote; se precisar cortar um arame ou fio de eletricidade, usará um alicate. Dentro da caixa, ele terá também outras ferramentas que poderão ser utilizadas para diferentes fins. Como uma caixa de ferramentas, o livro didático será utilizado em função dos objetivos para os quais foi escolhido. Quem define esses objetivos são os professores, a partir de sua proposta de ensino. Eles decidem como, quando e o que irão priorizar no livro. A variedade de possibilidades do livro didático visa também atender à diversidade de um país tão grande como o nosso. Dessa forma, este livro pretende ser para o professor de Química um conjunto de ferramentas que lhe possibilite um ensino mais próximo do que se espera atualmente e sob a luz da sua realidade local. Por isso, foi escrito com base em princípios teórico-metodológicos que objetivam a formação cidadã, segundo as orientações curriculares oficiais e por meio de abordagens contextualizadas do conteúdo, visando favorecer uma construção conceitual atualizada, considerando também as implicações e interações desse conhecimento científico com a tecnologia e a sociedade.

A proposta didática e o desenvolvimento integral do estudante Atualmente, qualquer material didático para uso regular deve estar em conformidade com a Lei de Diretrizes e Bases da Educação Nacional (LDB), que estabelece as diretrizes e bases da educação nacional, de modo que todo o trabalho docente, em todos os níveis de ensino, deve ser pautado por essa lei. É a partir dela que se organiza o sistema de ensino no país, que deve vincular-se ao mundo do trabalho e à prática social, em todos os segmentos da Educação Básica. Desde a promulgação da primeira versão da LDB, em 1961, outras leis e instruções vieram complementá-la. A LDB de 1996 (lei no 9.394), representou um avanço ao afirmar que a educação formal, essa que realizamos na escola, “tem por finalidade o pleno desenvolvimento do educando, seu preparo para o exercício da cidadania e sua qualificação para o trabalho”. Para isso, nossa prática docente deve promover igualdade de condições para o acesso e a permanência na escola, favorecendo a liberdade de aprender, o pluralismo de ideias, valorizando a experiência extraescolar e buscando formas de vinculação entre a educação escolar, o trabalho e as práticas sociais. Esta obra é destinada a estudantes e professores do Ensino Médio, considerado como etapa final da Educação Básica, que tem entre suas finalidades a preparação básica para o trabalho e a cidadania, o aprimoramento do estudante como pessoa, incluindo a formação ética e o desenvolvimento da autonomia intelectual e do pensamento crítico, bem como a compreensão dos fundamentos científico-tecnológicos dos processos produtivos, relacionando a teoria com a prática e o cotidiano. O estudante deve ser formado para a vida e, para isso, espera-se que ele, mais do que reproduzir dados, denominar classificações ou identificar símbolos, seja capaz de resolver situações-problema, e tomar decisões baseadas em fatos e atuar para promover uma sociedade justa e ética. Este livro propõe uma abordagem do conhecimento básico para que os estudantes compreendam a Química como uma Ciência presente em nossa vida e capaz de nos trazer conforto ou desconforto, curar ou causar doenças, tornar nosso mundo melhor ou pior. A escolha entre esses opostos é feita, de forma direta ou indireta, por todos os cidadãos. Para fazer uma opção adequada, devemos ter clareza das implicações das nossas ações. Isso também se aprende na escola. Para alcançar as competências e habilidades requeridas ao fim desta etapa de escolarização, fizemos escolhas que estão refletidas nas Unidades e Temas do Livro do estudante. Nesse sentido, esta obra se diferencia de outras por dois aspectos básicos. Primeiro, a

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abordagem dos conteúdos é feita de forma a dar sentido a eles e não simplesmente porque estavam presentes no livro que o professor estudou tempos atrás. Não é um livro para formar químicos; isso é feito no Ensino Superior. Segundo, considerando as perspectivas estabelecidas para o Ensino Médio, os conteúdos são abordados com enfoque mais qualitativo e conceitual do que quantitativo e memorístico. Procuramos apresentar os conceitos de forma clara e simples, mas sem perder o rigor científico. Ao mesmo tempo, os conceitos são trabalhados considerando-se sua construção coletiva e histórica e não se restringem à finalidade de resolução de exercícios que privilegiam a memorização. Como exemplo, podemos citar a tabela periódica, que deve ser abordada de forma a se entender como foi sua construção histórica e coletiva, com base em propriedades químicas e físicas das substâncias de diferentes elementos químicos e não como uma organização dos elementos segundo sua distribuição eletrônica. Esta, inclusive, é posterior ao desenvolvimento da tabela. Decorar os elementos químicos e suas características é um conhecimento desnecessário até mesmo para os químicos. A tabela é para ser compreendida e consultada, não decorada. Como valorização da presença da Ciência no cotidiano e dos conhecimentos prévios dos estudantes, as aberturas das Unidades trazem imagens de objetos ou situações que estão a sua volta com objetivo de apresentar uma ideia geral dos conceitos químicos que serão abordados nos Temas que compõem a Unidade. A obra também visa aproximar-se da sala de aula real e da experiência que os professores e os estudantes já possuem. Ao longo dos Temas, por exemplo, há vários outros momentos que possibilitam a contribuição oral do estudante, de modo que ele possa expressar o que já sabe sobre o assunto que será abordado. O levantamento das concepções prévias é defendido pelos pesquisadores em ensino como uma forma de o professor ter conhecimento do que os estudantes já sabem sobre o conteúdo a ser trabalhado. O professor deve coordenar esses diálogos para que a turma não perca o foco e alcance os objetivos por ele propostos. Deve-se ter clareza de que os debates nem sempre levam a respostas únicas ou “verdadeiras” e que o mais importante é o desenvolvimento de capacidades como: ouvir, respeitar opiniões diferentes, analisar fatos e argumentos, buscar contra-argumentos, debater, analisar novos contextos, concluir etc. No início de cada Unidade apresentamos um assunto mais amplo, apresentado em um texto e uma imagem, que contribuem com a contextualização dos assuntos que são trabalhados na Unidade. Esse é um meio de dar sentido ao estudo da Química. Para mudar a sociedade é fundamental termos maior clareza dos problemas que a afligem e os conteúdos abordados em cada Tema vêm como instrumentos para isso. Os problemas são amplos e atingem toda sociedade, exigindo

que todos trabalhem na busca de soluções. A leitura e a discussão dos textos são fundamentais e podem ser conduzidas de diferentes formas. É importante que você reserve momentos para debater os temas tratados por artigos complementares sugeridos na obra, mesmo que a leitura não seja feita em sala de aula. A seção de encerramento das Unidades apresenta uma abordagem interdisciplinar com outros componentes curriculares e retoma algumas discussões apresentadas ao longo da Unidade, de forma contextualizada. Nesse momento de encerramento da Unidade, o estudante já adquiriu mais conhecimento o que vai auxiliá-lo no entendimento da influência da Química nos temas abordados. Pesquisas, tanto em material impresso como com auxílio da internet, são solicitadas e incentivadas por acreditarmos que é uma forma de o estudante aprender a buscar novos conhecimentos – o que deve se estender para a vida –, o que exige a sistematização dos dados coletados e reforça a importância dos meios digitais como grandes aliados contemporâneos na formação intelectual ininterrupta dos indivíduos. O fato de a internet ser uma realidade na vida das pessoas significa não só a oportunidade de acesso a um universo de conhecimento, como a possibilidade de qualquer pessoa compartilhar suas ideias, experiências e valores, mas também o aprendizado de como separar o que é válido nesse oceano de informações. Ou seja, é fundamental orientar os estudantes a serem críticos em relação ao que está disponível on-line. Dessa forma, é importante não só apresentar os sites, mas, além disso, trabalhar com o estudante a necessidade de ser criterioso em relação a seus conteúdos, avaliando, entre outros aspectos, as fontes das informações e a competência de seus autores, sejam eles pessoas ou instituições. Como muitos assuntos abordados no livro podem ser encontrados na internet, buscar por fontes confiáveis que apresentem esses assuntos de outra maneira ou com outros elementos pode ser uma forma de reforçar a compreensão de conceitos e enriquecer os debates. As atividades propostas ao final de cada Tema podem ser usadas como recurso diagnóstico do entendimento dos estudantes em relação ao assunto estudado. Procuramos selecionar aquelas que valorizam o raciocínio e a compreensão conceitual e algumas podem ser propostas como tarefa para casa ou reservadas para avaliações. A historicidade científica é certamente um dos destaques desta obra. Isso ocorre porque está plenamente estabelecida a compreensão de que a Ciência é um conhecimento cultural historicamente construído pelas pessoas. Por isso, ao longo da obra procuramos apresentar fatos e personagens relevantes para o mundo das Ciências e, sobretudo, da Química, mesmo que de forma rápida, para que os estudantes tenham acesso ao lado histórico dessa disciplina e seus personagens, reforçando, assim, a construção social coletiva da

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Ciência. As descobertas se dão em momentos históricos definidos e geralmente representam o resultado do esforço de muitos que a elas se dedicam. Contudo, alguns indivíduos se destacam em suas descobertas, recebendo honrarias e reconhecimento. Nesse sentido, fizemos a opção didática de não apresentar apenas os personagens de grande vulto, mas também aqueles com contribuição relevante e que nem sempre são lembrados nos textos didáticos. Quando se fala em “química”, muitas pessoas a associam a perigo e risco. Não estão totalmente erradas. Muitos processos e materiais químicos são potencialmente perigosos para as pessoas e para o ambiente. Entretanto, é inegável que muitos dos produtos que corroem ou queimam também são utilizados para produzir o que usamos. O que precisamos fazer, portanto, é ter conhecimento e alertar para os riscos e cuidados necessários. Por isso, ao longo das Unidades, quando apropriado, apresenta-se cuidados a serem tomados com diversos produtos químicos. De modo geral, este livro foi elaborado para levar o estudante a querer responder questões atuais e outras que sempre estiveram presentes no pensamento humano, tais como: de onde vem a Ciência moderna? Como é a Química? Como essa Ciência está presente em nossas vidas? Quais são suas implicações em nossa sociedade? Por isso, o conteúdo é apresentado com o intuito de promover ações que levem a melhorias para o país e o mundo, sejam elas do ponto de vista econômico, social, cultural e ambiental.

A experimentação na aprendizagem A experimentação é um pilar da Ciência, entretanto na escola a experimentação tem objetivos diferentes daqueles pretendidos em uma universidade ou instituto de pesquisa. Enquanto nesses locais pretende-se produzir conhecimento científico ou formar profissionais de áreas específicas, no Ensino Médio esta atividade tem como intuito principal favorecer a construção de conhecimentos escolares referentes a este campo do saber e desenvolver habilidades tais como: levantar hipóteses, seguir etapas, notação de dados, reflexão a respeito dos resultados obtidos etc. Consideramos também, como atestam inúmeros pesquisadores na área de didática em Ciências, que a experimentação é mais bem-sucedida quando estimula a aprendizagem e não quando se propõe a apenas comprovar o que já foi ensinado. Por isso, deve-se, sempre que possível, favorecer a investigação e não a constatação, seja ela realizada pelo estudante, demonstrada pelo professor ou analisada a partir de outro contexto, como por meio de um vídeo ou outra mídia.

O trabalho pedagógico com as diferentes culturas juvenis A realidade das salas de aula de Ensino Médio do Brasil é dinâmica e complexa. Isso deriva da diversidade e heterogeneidade de jovens que estão presentes nessa etapa de ensino. Mesmo observando estudantes de uma mesma faixa etária, é possível identificar diferentes gostos musicais, diferentes formas de vestir, uso de gírias e outros aspectos culturais. Mas, será que como professores e professoras de Química devemos considerar isso no momento de ensinar Química? A resposta é sim. A BNCC estabelece diretrizes para uma educação inclusiva e de significados, desse modo, o sentido do que está sendo ensinado pode variar conforme o público-alvo, ou melhor, a cultura do público-alvo. A BNCC indica que a juventude precisa ser considerada nas suas múltiplas dimensões, assim, apresenta o conceito de culturas juvenis como sendo aquelas que se referem às formas de expressão, interação e identidade construídas pelos jovens. Esta obra, apresenta subsídios para o trabalho docente junto às culturas juvenis, pois contextualiza o conhecimento químico com temas atuais e intercala com elementos presentes no cotidiano juvenil. Cabe a você professor, conhecedor e sujeito da cultura local, buscar transpor da melhor forma possível o conhecimento apresentado neste livro para os diferentes contextos presentes na sua prática de ensino.

Planejamento Para efetuar um planejamento adequado, deve-se considerar a realidade escolar e a estudantil, de modo que a proposta de ensino favoreça a construção de novos significados pelos estudantes. Para conhecê-la, o professor pode mapear conhecimentos, valores e atitudes. A partir desse mapeamento, é possível delimitar os conteúdos a ser trabalhados, estabelecer os objetivos a ser atingidos, determinar as estratégias de abordagem didática e os recursos necessários para tal, bem como os instrumentos avaliativos a ser utilizados. Outro aspecto a ser considerado no planejamento é a integração. Nesse contexto, os docentes da área das Ciências da Natureza devem objetivar que a aprendizagem dos estudantes ocorra de maneira integral, para isso, é preciso desenvolver um planejamento conjunto, com propostas integradoras, o que requer a atuação colaborativa. Trabalhar coletivamente com seus pares no planejamento promove a integração necessária entre as disciplinas. Ao compartilhar recursos e ações pedagógicas, os docentes transformam o planejamento em um diálogo investigativo que facilita a inovação, considerando que aprender é algo dinâmico.

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Apesar de ser uma ferramenta norteadora, deve-se reconhecer que o planejamento não é estático. É importante que ele seja revisitado no decorrer do processo de ensino, e, caso necessário, seja alterado. Neste caso, as avaliações, que permitem aferir o desenvolvimento dos estudantes, permitem também identificar as intervenções que são necessárias no planejamento inicial, para que seja mais adequado à turma e à escola. Nesse sentido, os professores devem exercer sua autonomia no uso desta obra, de maneira que o trabalho seja direcionado aos estudantes e a realidade local. Nessa perspectiva, podem intervir, alterando sequências de conteúdos e adaptando questões, considerando interesses e necessidades dos jovens.

Referências bibliográficas comentadas •

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AUSUBEL, D. P.; NOVAK, J. D.; HANESIAN, H. Psicologia educacional. Rio de Janeiro: Interamericana, 1980.

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BAUMAN, Z. Identidade. Tradução: Carlos Alberto Medeiros. Rio de Janeiro: Zahar, 2005. O autor aborda a importante e atual questão acerca da construção da identidade no contexto atual, em que a sociedade passa de uma identidade sólida para uma identidade líquida, que oscila na maior parte do tempo.

BRASIL. Ministério da Educação. Base Nacional Comum Curricular: educação é a base. Brasília, DF: MEC, 2018. Disponível em: https://www.gov.br/mec/pt-br/escola -em-tempo-integral/BNCC_EI_EF_110518_versao final.pdf. Acesso em: 28 set. 2024. A Base Nacional Comum Curricular (BNCC) é um documento de caráter normativo que define o conjunto orgânico e progressivo de aprendizagens essenciais que todos os estudantes devem desenvolver ao longo da Educação Básica.

O livro apresenta práticas pedagógicas que valorizam o protagonismo dos estudantes. Uma reunião de capítulos de autores brasileiros que analisam por que e para que usar metodologias ativas na educação. •

BRASIL. Lei no 13.415, de 2017. Altera as Leis no 9.394, de 20 de dezembro de 1996, que estabelece as diretrizes e bases da educação nacional, e 11.494, de 20 de junho 2007 [...]. Brasília, DF: Secretaria-Geral, [2024]. Lei que institui a política de fomento à implementação de escolas de Ensino Médio em tempo Integral.

Os autores tratam do papel e da amplitude da psicologia educacional, da aprendizagem significativa, da aquisição e do uso de conceitos, entre outras abordagens como fatores afetivos e sociais na aprendizagem. •

BRACKMANN, C. P. Desenvolvimento do pensamento computacional através de atividades desplugadas na educação básica. 2017. Tese (Doutorado em informática na educação) – Centro de estudos interdisciplinares em novas tecnologias na educação, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2017. Disponível em: https://lume.ufrgs.br/bitstream/ handle/10183/172208/001054290.pdf?-%20sequen ce=1&isAllowed=y. Acesso em: 28 set. 2024. Nesta tese, o autor aborda o pensamento computacional, abordagem de ensino que usa técnicas oriundas da Ciência da Computação, que vem gerando um novo foco educacional.

AUSUBEL, D. P. Aquisição e retenção de conhecimentos: uma perspectiva cognitiva. Lisboa: Plátano Edições Técnicas, 2000. Nesta obra, o autor trata do conhecimento como um produto significativo de um processo que envolve a interação entre ideias anteriores da estrutura dos conhecimentos do aprendiz para adquirir e reter outros conhecimentos.

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Este artigo trata o tema pensamento computacional como uma abordagem feita nas mais diversas áreas do conhecimento para a resolução de problemas utilizando os fundamentos da computação.

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BRASIL. Ministério da Educação. Resolução no 3, de 21 novembro de 2018. Atualiza as Diretrizes Curriculares para o Ensino Médio. Brasília, DF: MEC, 21 nov. 2018. Disponível em: https://www.in.gov.br/materia/-/asset_ publisher/Kujrw0TZC2Mb/content/id/51281622. Acesso em: 28 set. 2024. Documento com as normas obrigatórias para este segmento da Educação Básica que orientam o planejamento curricular das escolas e dos sistemas de ensino.

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BRASIL. Ministério da Educação. Temas contemporâneos transversais na BNCC: propostas de práticas de implementação. Brasília, DF: MEC, 2019. Disponível em: http://basenacionalcomum.mec.gov.br/images/imple mentacao/guia_pratico_temas_contemporaneos.pdf. Acesso em: 8 set. 2020. Material que complementa a abordagem dos temas contemporâneos transversais presentes na BNCC, promovendo sua relevância para o desenvolvimento cidadão dos estudantes.

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O texto apresenta uma abordagem diferenciada para definir as capacidades e disposições necessárias para a formação de pensadores críticos.

MOREIRA, M. A.; MASINI, E. F. S. Aprendizagem significativa: a teoria de David Ausubel. 2. ed. São Paulo: Centauro Editora, 2006. Nesse livro, a aprendizagem significativa é apresentada como interação entre conhecimentos prévios e conhecimentos novos: um conhecimento específico, existente na estrutura de conhecimentos do indivíduo, permite dar significado a um novo conhecimento que lhe é apresentado ou por ele descoberto.

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DIMENSTEIN, G. O cidadão de papel: a infância, a adolescência e os direitos humanos no Brasil. São Paulo: Ática, 2005.

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LUCKESI, C. C. Avaliação da aprendizagem escolar: estudos e proposições. 22. ed. São Paulo: Cortez, 2014. Nesta obra, o autor discorre sobre diferentes aspectos que permeiam a avaliação da aprendizagem, como instrumentos avaliativos, articulação entre planejamento e avaliação, o papel do erro e outros.

SCHNETZLER, R. P. Apontamentos sobre a história do ensino de Química no Brasil. In: SANTOS, W. L.; MALDANER, O. A. (orgs.). Ensino de Química em foco. Ijuí: Ed. Unijuí, 2010. Nesse capítulo, a autora discorre sobre os principais fatos que marcaram a história e as tendências do ensino de Química no Brasil.

O livro tem o objetivo de levar para a sala de aula a discussão da cidadania em nosso país, de modo inovador e crítico. •

KLEIMAN, A. Leitura: ensino e pesquisa. Campinas: Pontes, 2001. O livro busca reavaliar o que está proposto nas escolas na área de leitura e a coerência entre fundamentação teórica e ação prática.

DELL’ISOLA, R. L. P. Inferência na leitura. In: FRADE, I. C. A. da S. et al. (org.). Glossário Ceale. Belo Horizonte: Faculdade de Educação, Universidade Federal de Minas Gerais. Disponível em: https://www.ceale. fae.ufmg.br/glossarioceale/verbetes/inferencia -na-leitura. Acesso em: 28 set. 2024. Neste texto sobre leitura inferencial, afirma-se que o resultado da compreensão de um texto depende da qualidade das inferências geradas em sua leitura.

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DELIZOICOV, D.; ANGOTTI, J. A.; PERNAMBUCO, M. M. Ensino de ciências: fundamentos e métodos. 2. ed. São Paulo: Cortez, 2002. Neste livro, os autores discorrem sobre aspectos que envolvem o ensino de Ciências e a prática docente.

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VIGOTSKI, L. S. Sete aulas de L. S. Vigotski sobre os fundamentos da pedologia. Rio de Janeiro: E-papers, 2018. Este livro contém as sete aulas proferidas por Lev Semionovitch Vigotski, as quais apresentam sua concepção sobre as áreas de educação e psicologia.

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Orientações didáticas desta obra Sugestão de cronograma de aulas

1o bimestre 18 aulas 2o bimestre 18 aulas 3o bimestre 18 aulas 4o bimestre 18 aulas 5o bimestre 18 aulas

Unidade 1 – Tema 2 • Química: Ciência da Natureza Unidade 1 – Tema 3 • Materiais Unidade 1 – Tema 4 • Caracterizar e separar substâncias Unidade 1 – Tema 5 • Transformações da matéria Unidade 1 – Tema 6 • Leis ponderais Unidade 2 – Tema 7 • Modelando os átomos Unidade 2 – Tema 8 • Do modelo de Rutherford ao modelo quântico Unidade 2 – Tema 9 • Tabela periódica Unidade 2 – Tema 10 • Fundamentos da ligação química Unidade 2 – Tema 11 • Ligações covalentes e metálicas Unidade 2 – Tema 12 • Polaridade e interações Unidade 3 – Tema 13 • Medindo a matéria Unidade 3 – Tema 14 • Compreendendo os gases Unidade 3 – Tema 15 • Aspectos qualitativos em reações químicas Unidade 3 – Tema 16 • Aspectos quantitativos das reações químicas Unidade 3 – Tema 17 • Materiais homogêneos Unidade 3 – Tema 18 • Concentração das soluções e propriedades coligativas

Unidade 4 – Tema 23 • Equilíbrio químico

11o bimestre 18 aulas

10o bimestre 18 aulas

9o bimestre 18 aulas

7o bimestre 18 aulas

Unidade 4 – Tema 19 • Química e energia

8o bimestre 18 aulas

6o bimestre 18 aulas

Unidade 1 – Tema 1 • O que é Ciência?

Unidade 4 – Tema 20 • Entalpia e lei de Hess

12o bimestre 18 aulas

1o trimestre 25 aulas 2o trimestre 25 aulas 3o trimestre 24 aulas 4o trimestre 25 aulas 5o trimestre 25 aulas 6o trimestre 24 aulas 7o trimestre 25 aulas 8o trimestre 25 aulas 9o trimestre 24 aulas

6o semestre 36 aulas

5o semestre 36 aulas

4o semestre 36 aulas

3o semestre 36 aulas

2o semestre 36 aulas

1o semestre 36 aulas

A seguir, é apresentada uma sugestão para os três anos do Ensino Médio de quantidade de aulas para cada Tema que constitui essa obra para atender um planejamento semestral, trimestral ou bimestral. É importante considerar que esta proposta é apenas uma sugestão e que o cronograma pode ser adequado às escolhas feitas pela comunidade escolar, de acordo com a quantidade de aulas estabelecidas no ano letivo para Química. O planejamento sugerido considerou às seguintes premissas: ano letivo com 40 semanas; duas aulas semanais para Química; duas aulas para avaliação ou eventuais ajustes por bimestre ou trimestre.

Unidade 4 – Tema 21 • Cinética química Unidade 4 – Tema 22 • Catálise Unidade 4 – Tema 24 • Sistemas em equilíbrio Unidade 5 – Tema 25 • Introdução à Química Orgânica Unidade 5 – Tema 26 • Os hidrocarbonetos Unidade 5 – Tema 27 • Grupos funcionais, funções nitrogenadas e haletos orgânicos Unidade 5 – Tema 28 • Funções oxigenadas Unidade 5 – Tema 29 • Isomeria Unidade 5 – Tema 30 • Polímeros Unidade 6 – Tema 31 • Funções inorgânicas Unidade 6 – Tema 32 • Eletroquímica Unidade 6 – Tema 33 • Eletroquímica: processos eletrolíticos Unidade 6 – Tema 34 • Radioatividade Unidade 6 – Tema 35 • Aplicações e implicações da radioatividade Unidade 6 – Tema 36 • A Química e o ambiente

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Unidade 1 Química: a Ciência dos materiais

e de suas transformações Síntese da Unidade

BNCC • Competências gerais: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 9 e 10. • Competências específicas de Ciências da Natureza e suas Tecnologias: 1 e 3. • Habilidades de Ciências da Natureza e suas Tecnologias: EM13CNT101, EM13CNT104, EM13CNT106, EM13CNT201, EM13CNT205, EM13CNT206, EM13CNT301, EM13CNT303, EM13CNT304, EM13CNT307, EM13CNT308, EM13CNT309 e EM13CNT310. Temas Contemporâneos Transversais • Cidadania e Civismo. • Ciência e Tecnologia. • Economia. • Meio Ambiente. • Multiculturalismo. Conteúdos • Definição de Ciência. • Definição de Química. • Propriedades dos materiais. • Separação de substâncias. • Transformações da matéria. • Leis ponderais.

Objetivos da Unidade • Apresentar elementos argumentativos sobre a construção do conhecimento científico. • Discutir a prática científica e metodologias científicas. • Entender a importância da Química na área das Ciências da Natureza. • Entender a construção histórica da Química como Ciência Moderna. • Analisar os níveis de abordagem da Química. • Familiarizar-se com as propriedades dos materiais e as grandezas que as expressam. • Caracterizar substâncias e materiais. • Aplicar as propriedades dos materiais na escolha dos métodos mais adequados para separação de substâncias. • Distinguir transformações físicas e químicas. • Compreender e aplicar as leis ponderais em situações-problema envolvendo exemplos do cotidiano.

Orientações gerais Esta Unidade apresenta o início dos estudos da Química que permitirá ao professor desenvolver um trabalho que leve os estudantes à construção do conhecimento científico e à constituição da Química como Ciência Moderna, perpassando por algumas práticas e teorias que auxiliaram nesse processo, como a alquimia medieval e a teoria do flogisto.

Os Temas desta Unidade exploram também as propriedades de materiais e substâncias, apresentando estratégias para caracterizá-los e propondo métodos adequados para a separação de substâncias. A linguagem científica e, particularmente, a linguagem química devem ser apresentadas, a princípio, de uma maneira mais acessível, como a descrição dos reagentes e produtos por extenso. A representação por meio da simbologia química será apresentada com base no desenvolvimento dos estudos e na premissa da construção gradual do conhecimento químico pelos estudantes. Por fim, são abordadas as leis ponderais, com destaque para o processo científico que as levou a sua constituição e suas aplicações em situações-problema.

Abertura de Unidade

A abertura de Unidade procura trazer a Química para a realidade dos estudantes, pontuando que o conhecimento propiciado por essa Ciência está relacionado a diversos avanços científicos, até mesmo àqueles que passam despercebidos, como nos fogos de artifícios. De modo geral, as pessoas não costumam usar o conhecimento científico para interpretar fenômenos que acontecem no cotidiano. A produção de conhecimento científico parece ser abstrata e distante, realizada em universidades públicas e outros centros de pesquisa, de modo que as pessoas não veem necessidade de recorrer a conceitos científicos para ler o mundo. Em parte, apesar de alguns esforços investidos na divulgação científica, trata-se de uma falha na comunicação com a sociedade civil, cujo apoio é fundamental, já que o financiamento dessas pesquisas, em geral, vem de impostos pagos pela sociedade. A abertura de Unidade é uma oportunidade para discutir esse assunto, pois apresenta um evento cultural, uma fotografia do Festival Folclórico de Parintins, que aparenta não ter qualquer relação com a Ciência, mas é permeado de saberes científicos. Para começar esse diálogo, questionar os estudantes se eles sabem de que é feito um carro alegórico. Em seguida, explorar as questões sugeridas e pedir a eles que tentem formular uma explicação para a emissão de luz por fogos de artifício. Com base nesses exemplos apresentados pela imagem de abertura, explorar a segunda questão proposta. As perguntas de levantamento prévio são importantes para relacionar fenômenos do cotidiano com conceitos químicos que serão abordados ao longo deste livro. Ouvir as respostas dos estudantes auxilia na identificação dos principais fenômenos e processos químicos que fazem parte da realidade discente e na utilização deles para contextualizar os conceitos que serão apresentados. A imagem de abertura de Unidade permite a exploração do Tema Contemporâneo Transversal (TCT) Multiculturalismo, já que apresenta o Festival Folclórico de Parintins. Apresentar mais informações sobre esse festival folclórico, mostrando que ele incorpora lendas e rituais das etnias indígenas e da cultura popular da Amazônia nas apresentações que realizam. Ainda nesse aspecto, ao valorizar e fruir essa manifestação artística e cultural, os estudantes podem desenvolver a competência geral 3.

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Sugestão de leitura • JOKURA, Tiago. Como é feito um carro alegórico de Carnaval? O texto aborda o processo de construção de um carro alegórico de Carnaval que pode durar até quatro meses para ficar pronto. JOKURA, Tiago. Como é feito um carro alegórico de Carnaval? Superinteressante, São Paulo, 22 fev. 2024. Disponível em: https://super.abril.com.br/mundo-estra nho/como-e-feito-um-carro-alegorico-de-carnaval. Acesso em: 3 nov. 2024.

Tema 1 – O que é Ciência?

O Tema aborda a evolução do conhecimento científico e como a constituição das áreas do conhecimento auxiliaram no processo de adaptação às diversas situações enfrentadas pelo ser humano. De início, apresentar a pergunta formulada no título do Tema para os estudantes: o que é Ciência? Nesse momento, ter acesso às diferentes percepções sobre Ciência pode auxiliar na condução dos demais tópicos presentes no Tema. O estudo deste Tema também tem como objetivo mostrar aspectos relacionados à prática científica. Um dos maiores desafios é desfazer os estereótipos e os equívocos frequentemente relacionados a cientistas e à Ciência, que decorrem, em parte, do modo como são retratados em diferentes meios – como na televisão, em livros, em revistas e na internet – e da dificuldade que a própria comunidade científica tem de divulgar, de maneira acessível e ampla, o que faz e a relevância do que faz para sociedade. A atividade 7 apresenta o trecho de um artigo científico produzido por uma professora e um grupo de estudantes. Após a leitura, os estudantes são solicitados a realizar uma produção textual com foco na divulgação científica, possibilitando o desenvolvimento da competência geral 5 e a mobilização da habilidade EM13CNT303.

Diferenciando conhecimentos

As perguntas do boxe Reflita auxiliam na identificação das áreas com as quais os estudantes têm mais familiaridade ou nas quais têm mais interesse. Para a primeira pergunta, podem surgir como resposta a tecnologia, a música, a dança, o cinema, as práticas agrícolas, entre outras. A vinculação do conhecimento elencado pelos estudantes com a utilidade para a vida pode ser relativizada, caso surjam questionamentos sobre a necessidade de o conhecimento ter alguma utilidade. Alguns podem apontar que conhecer algo pode ser divertido. É importante deixar claro para os estudantes que as diferentes formas de conhecimento têm seu valor e sua importância. Não se pode dizer que um tipo de saber é superior ao outro, pois eles são complementares. A Ciência ajuda a entender fenômenos naturais, enquanto a Arte, por exemplo, permite expressar sentimentos e experiências humanas. Já o conhecimento técnico proporciona habilidades práticas, enquanto o conhecimento filosófico incentiva a reflexão sobre questões mais profundas. Cada área tem suas especificidades, atendendo a diferentes necessidades. O importante é reconhecer que, juntos, esses saberes constroem uma visão mais completa do mundo. Talvez uma das ideias mais reiteradas a respeito do conhecimento científico seja a relação direta entre o método científico e os experimentos. Desde as etapas iniciais do

Ensino Básico, é frequente a sugestão de que a metodologia científica passa necessariamente por um experimento, o qual, invariavelmente, apresenta-se como um passo a passo que deve ser seguido para chegar a um resultado certo. […] […] O método científico não é um procedimento lógico, algorítmico, rígido. Em outras palavras, o método científico não é uma receita, uma sequência linear de passos que necessariamente conduz a uma descoberta ou, pelo menos, a uma conclusão ou a um resultado. Na prática, muitas vezes, o cientista procede por tentativas, vai numa direção, volta, mede novamente, abandona certas hipóteses porque não tem equipamento adequado, faz uso da intuição, dá “chutes”, se deprime, se entusiasma, se apega a uma teoria. Enfim, fazer ciência é uma atividade humana, com todos os defeitos e virtudes que o ser humano tem, e com muita teoria que ele tem na cabeça. Conceber o método científico como uma sequência rigorosa de passos que o cientista segue disciplinadamente é conceber de maneira errônea a atividade científica. […] MOREIRA, Marco Antonio; OSTERMANN, Fernanda. Sobre o ensino do método científico. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, Florianópolis, v. 10, n. 2, p. 108-117, ago. 1993. p. 114. Disponível em: https://periodicos. ufsc.br/index.php/fisica/article/view/7275/14939. Acesso em: 3 nov. 2024.

Existem algumas estratégias que podem ser usadas para mostrar aos estudantes a variedade de métodos científicos e desvincular a ideia de que há um passo a passo que leva a uma resposta ou a um resultado “certo” ou “positivo”, confirmando determinada expectativa. Organizar visitas a laboratórios ou entrevistas com cientistas de diferentes áreas é sempre uma estratégia bastante interessante e eficiente para mostrar a prática científica concreta. Nesse caso, seria proveitoso escolher cientistas que não fazem atividades experimentais ou as fazem pouco – como matemáticos ou físicos que estudam questões mais abstratas, de caráter mais geral, sem uma aplicação prática aparente – ou cientistas que estudam fenômenos e processos das Ciências Humanas e Sociais Aplicadas. Esse tipo de atividade geralmente desperta interesse dos estudantes e pode ser bastante didática para desfazer a percepção de método científico como sinônimo de experimentos. Os boxes Espaços de aprendizagem desse subtema podem ser utilizados para aprofundar as discussões sobre produções filosóficas e práticas científicas.

Como cientistas divulgam seus trabalhos?

A produção científica precisa ser divulgada; por esse motivo, o texto traz informações sobre conferências e congressos científicos que ocorreram com a presença de diversos cientistas que fazem parte da história da Ciência. Apresentar a pergunta do título e a pergunta do boxe Reflita. É possível que reportagens na televisão e notícias na internet sejam as formas mais indicadas pelos estudantes. Nesse momento, é essencial destacar a importância dos congressos e periódicos científicos. Como exemplo de congresso, citar a Reunião Anual da Sociedade Brasileira de Química (SBQ), que, em 2024, realizou sua 47a edição. Como exemplo de periódicos, explorar os citados nos Espaços de aprendizagem.

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As atividades apresentadas ao final do Tema são oportunidades para engajar os estudantes em discussões sobre a importância de divulgar descobertas não apenas para a comunidade científica mas também para o público geral. O trabalho em conjunto com os professores de Linguagens pode ser uma oportunidade de aprofundar aspectos relacionados à elaboração de textos para divulgação científica.

Atividade extra • Interpretação de textos de divulgação científica Propor aos estudantes a leitura de outros textos publicados no periódico de divulgação científica voltado para pesquisas e projetos de estudantes do Ensino Médio, a Revista Com Censo Jovem. REVISTA COM CENSO JOVEM. [S. l.], [2023]. Site. Disponível em: https://periodicos.se.df.gov.br/index.php/rccj/issue/ archive. Acesso em: 3 nov. 2024.

Tema 2 – Química: Ciência da Natureza

O Tema pontua o desenvolvimento da Química como Ciência. Para tanto, são abordadas algumas questões sobre a alquimia medieval que contribuíram com a experimentação e manipulação dos materiais. Antes da apresentação do Tema 2, convém investigar previamente a percepção dos estudantes sobre a Química, que pode estar relacionada com exemplos de produtos químicos específicos de uso no cotidiano. Esse momento trará elementos para discussões futuras, pois nos subtópicos deste Tema serão abordadas práticas e teorias precursoras da Química. O tema trabalha o TCT Cidadania e Civismo ao explorar documentos oficiais relativos à educação brasileira. A competência geral 2 é promovida em função da análise do cientista Lavoisier, que investigou, elaborou hipóteses e realizou experimentos para comprovar suas ações científicas, enquanto a 7 é trabalhada em atividades que solicitam aos estudantes a redação de textos. Compreender as teorias e as práticas que fundamentaram a constituição da Química Moderna auxilia na promoção da habilidade EM13CNT201, que está relacionada com teorias e leis propostas em diferentes épocas e com o desenvolvimento e a evolução da vida, da Terra e do Universo, por exemplo, no que diz respeito às buscas humanas para entender a origem e a transformação da matéria.

Por que estudar Química?

Os estudantes podem apresentar alguns pensamentos sobre as dificuldades de se aprender Química, já que tiveram contato com conceitos químicos no decorrer da sua escolarização. Por isso, é relevante pontuar a importância dessa Ciência para a sociedade. Realizar o questionamento presente no boxe Reflita. Se forem respondidos exemplos de produtos químicos, convém apresentar exemplos de alguns processos industriais e de fabricação de medicamentos que utilizam esses produtos com o objetivo de ampliar as perspectivas dos estudantes. Utilizar o boxe Algo A+: Um famoso analgésico como exemplo da importância da Química e continuar com o debate sobre a valorização do conhecimento popular. O texto da seção Formação cidadã: Ciências e cidadania aborda o direito à educação na Constituição Federal e na Lei de Diretrizes e Bases da Educação Nacional. O texto deve ser utilizado para que os estudantes percebam a dinâmica necessária para a formação do direito atual.

A origem da Química

Realizar o levantamento sobre conhecimentos dos estudantes em relação à alquimia pode trazer informações sobre alguns hábitos de leitura de quadrinhos e mangás dos estudantes e seus gostos sobre cinema, séries e animes. Explorar os textos abordando a alquimia e a destilação como práticas milenares, reafirmando o processo de construção da Ciência Química. Destaca-se que os estudantes podem ficar envolvidos com o assunto sobre a pedra filosofal e relacionar com diversos temas da cultura jovem. É importante fazer um levantamento desses temas para que, no decorrer das Unidades, sejam retomados como pontos de motivação e contextualização. Os boxes Espaços de aprendizagem podem ser utilizados para aprofundar a discussão sobre alquimia, assim como o boxe Algo A+: A destilação: possíveis origens.

Sugestão de leitura • Destilação: a arte de “extrair virtudes” O texto aborda aspectos históricos da origem e do desenvolvimento do processo de destilação. São apresentadas algumas concepções acerca desse processo elaboradas em diferentes épocas até o século XVI. BELTRAN, Maria Helena Roxo. Destilação: a arte de “extrair virtudes”. Química Nova na Escola, [s. l.], n. 4, p. 24-27, nov. 1996. Disponível em: http://qnesc.sbq.org. br/online/qnesc04/historia.pdf. Acesso em: 3 nov. 2024.

Enfim, Química!

O que foi abordado até o momento trouxe elementos para a compreensão da Química como a Ciência que se tem atualmente. Neste tópico, são evidenciadas a teoria do flogisto e as contribuições de Lavoisier. Além disso, como o título sugere, também estão presentes os níveis de abordagem da Química, como o nível representacional. Apresentar os textos do Tema com foco na descrição de como a teoria do flogisto foi refutada por Lavoisier. É importante destacar que o desenvolvimento de balanças mais precisas possibilitou a análise quantitativa dos experimentos realizados por Lavoisier. A Sugestão de leitura a seguir apresenta os elementos que motivaram o desenvolvimento de balanças mais precisas e, por consequência, o seu uso na área científica. Esses elementos foram motivados pela indústria e pelo comércio. É importante abordar o nível representacional que envolve exemplos do cotidiano dos estudantes, trabalhado na atividade 5.

Sugestão de leitura • A evolução da balança analítica O texto aborda a evolução da balança analítica, que, inicialmente, foi muito usada para fins comerciais e industriais, mas, depois, começou a ser utilizada em pesquisas científicas. AFONSO, Júlio Carlos; SILVA, Raquel Medeiros da. A evolução da balança analítica. Química Nova, São Paulo, v. 27, n. 6, p. 1021‑1027, dez. 2004. Disponível em: https://www.scielo.br/j/qn/a/HBdsFxpD 4G7RsYKZymbsf9d/?format=pdf&lang=pt. Acesso em: 3 nov. 2024.

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Sugestão extra • Sociedade Brasileira de Ensino de Química A Sociedade Brasileira de Ensino de Química (SBEnQ) foi fundada em 2018, durante a realização do Encontro Nacional de Ensino de Química (Eneq). Apesar de ser uma sociedade jovem, já apresenta diversas propostas que corroboram com a formação inicial e permanente de professores que ensinam Química no Brasil. Para conhecer mais, acesse o site da SBEnQ a seguir. SOCIEDADE BRASILEIRA DE ENSINO DE QUÍMICA. Brasília, DF, c2023. Site. Disponível em: https://sbenq.org.br/. Acesso em: 3 nov. 2024.

Tema 3 – Materiais

Esse Tema apresenta um percurso do uso dos materiais ao longo da história. Os estudantes são incentivados a pensar nas propriedades dos materiais e em grandezas físicas, como o comprimento, o volume, a massa, a densidade, a pressão e a temperatura. O estudo sobre os materiais promove as competências gerais 1 e 2, no sentido de analisar as propriedades dos materiais para avaliar situações-problema e entender o mundo físico, e 3 e 4, ao trabalhar o uso de expressões utilizadas no meio digital, mais especificamente, na realidade dos gamers, assim como o TCT Multiculturalismo. A reflexão sobre a utilização de apenas um tipo de material (madeira, ferro, pedra, por exemplo) possibilita discussões sobre o esgotamento dos recursos naturais do planeta, explorando, assim, o TCT Meio Ambiente e a habilidade EM13CNT101. A EM13CNT307 é trabalhada durante o estudo com as grandezas.

O uso de materiais

O uso de materiais é um ponto inicial para o levantamento de informações prévias dos estudantes. Identificar os tipos de materiais que eles têm acesso no dia a dia possibilita uma forma de apresentar os conceitos de propriedades e grandezas físicas. A pergunta 1 do boxe Reflita pode auxiliar nesse processo e dialogar com a importância da Química, a Ciência dos materiais. Ao trabalhá-la, é possível explorar questões ambientais relativas ao uso dos recursos naturais para a produção de ferramentas.

Propriedades e grandezas

O estudo das propriedades e grandezas é necessário para que os estudantes compreendam a relação delas com as substâncias e os materiais. Como abordagem inicial, pontuar para os estudantes as propriedades intrínsecas e as propriedades extrínsecas. Utilizar os exemplos apresentados ao longo do texto para explicar essas propriedades. Explorar o boxe Espaços de aprendizagem sobre o Sistema Internacional de Unidades (SI) e, antes de realizar a leitura desse texto com os estudantes, fazer um levantamento das unidades de medida que eles conhecem e depois comparar com aquelas que aparecem no texto. Os prefixos do SI também são pontos interessantes de análise. Pode ser que, com a leitura do texto, eles identifiquem os prefixos mais comuns no cotidiano. A abordagem do estudo das grandezas deve partir de questionamentos que indiquem os conceitos de temperatura, pressão, massa e outras grandezas de medida. Na discussão sobre massa, o boxe Espaços de aprendizagem que discute a atualização da definição de kilograma, ocorrida em 2019, pode ser utilizado.

As atividades apresentam uma abordagem direcionada ao processo de realização de medidas.

Sugestão extra • Medições na vida cotidiana Vídeo elaborado pelo Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia (Inmetro) que destaca a importância das medições em atividades cotidianas. MEDIÇÕES na vida cotidiana: Inmetro. [S. l.: s. n.], 2013. 1 vídeo (5 min). Publicado pelo canal Inmetro. Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=K22wxQwkV60. Acesso em: 3 nov. 2024.

Tema 4 – Caracterizar e separar substâncias

Neste Tema, as propriedades dos materiais e as grandezas físicas serão aplicadas na caracterização de substâncias e nos processos de separação. É muito importante que sejam apresentados exemplos da realidade dos estudantes, para que seja possível perceber como as propriedades estudadas são empregadas em situações que eles já presenciaram. A apresentação da linguagem matemática, por meio dos gráficos das curvas de aquecimento dos materiais, pode ser um desafio. Portanto, é importante o detalhamento do conceito de gráfico por meio de uma explanação inicial sobre plano cartesiano. Uma proposta interessante para abordar os processos de separação de materiais é apresentar exemplos de materiais homogêneos e heterogêneos e investigar como os estudantes procederiam com a separação, por exemplo, perguntando como podem separar todos os componentes da água do mar. A habilidade EM13CNT101 é trabalhada ao explorar-se métodos de separação de misturas. Além disso, as atividades foram construídas com foco na resolução de situações-problema, trabalhando, assim, a EM13CNT301 e a EM13CNT307. A EM13CNT308 é mobilizada pelo estudo das técnicas avançadas de separação de substâncias. Consequentemente, trabalha-se também a competência específica 3. O Tema trabalha os TCTs Meio Ambiente, ao abordar filtros de ar em veículos, e Ciência e Tecnologia, ao apresentar equipamentos que aperfeiçoam os processos de separação de substâncias.

Substâncias e materiais

São apresentados e discutidos os conceitos de matéria, materiais e substâncias que, embora elementares, nem sempre são compreendidos de forma adequada pelos estudantes. Explorar diversos exemplos para auxiliar os estudantes na diferenciação do conceito de substâncias e materiais, bem como na classificação dos materiais em homogêneos e heterogêneos. Se possível, realizar algumas combinações de materiais sólidos com a água para ilustrar os conceitos apresentados, como água + sal e água + areia.

Estados físicos da matéria

A discussão e a revisão dos estados físicos são fundamentais para entender posteriores processos de separação de materiais e substâncias. Explorar o texto do boxe Algo A+: O que é plasma? como forma de apresentar aos estudantes o estado físico plasma. Trabalhar o boxe Formação cidadã: Cuidados com o álcool etílico, que aborda importância dessa substância

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para o controle de infecções e algumas medidas atuais para minimizar o número de acidentes com fogo, já que ela é altamente inflamável. Enfatizar os modelos representacionais para cada um dos estados físicos e relacionar com as principais características dos sólidos, líquidos e gases. O estudo das mudanças de estados físicos e das curvas de aquecimento é uma forma de mostrar a representação matemática gráfica dos fenômenos abordados. É importante pontuar que os gráficos são representações gerais para o comportamento de substâncias e materiais em cada um dos estados físicos.

Separando substâncias

Os processos de separação estão muito presentes na sociedade, e é a partir deles que se consegue, por exemplo, tratar a água, tornando-a própria para consumo. Muitos dos processos de separação de materiais podem ser exemplificados com situações cotidianas ou com procedimentos utilizados na indústria ou na área médica. Enfatizar esses exemplos com os estudantes. É importante relacionar cada método de separação de materiais com as propriedades das substâncias e com as grandezas físicas. Esse pode ser um bom momento para complementar a exploração do tema ao abordar aspectos relacionados aos impactos sociais e ambientais da mineração ilegal. Os professores da área de Ciências Humanas e Sociais Aplicadas podem auxiliar na discussão. Trabalhar o boxe Algo A+: Filtros de ar, que aborda um método de separação presente nos veículos automotores. Uma possível ampliação para esse momento é solicitar que os estudantes pesquisem a legislação vigente a fim de identificar possíveis infrações em seu cotidiano e preservar o meio ambiente.

Sugestão extra • O que é Aférese A aférese é o processo de separação dos componentes do sangue por meio da centrifugação. É possível abordar esse assunto apresentando a importância do processo de doação de sangue. O texto sugerido a seguir pode ser utilizado para embasar a discussão. DOAÇÃO por aférese. Ribeirão Preto: Fundação Hemocentro de Ribeirão Preto, [2024]. Disponível em: https://www.hemocentro.fmrp.usp.br/canal-do-doador/ doacao-por-aferese/. Acesso em: 10 nov. 2024.

Tema 5 – Transformações da matéria

Este Tema apresenta as transformações da matéria com uma proposta de identificar esses fenômenos no dia a dia dos estudantes e em processos industriais. A diferenciação entre os fenômenos físicos e químicos direciona para o conceito de reatividade química e para as equações químicas. Esse percurso é importante para que os estudantes consigam perceber o que é uma reação química e a linguagem química específica para a sua representação. O tema promove as competências gerais 6, 7, 9 e 10, ao discutir características da indústria química e como a Química está presente em uma economia global sustentável, solicitando que os estudantes dialoguem e argumentem com seus pares, além dos TCTs Meio Ambiente, Ciência e Tecnologia, Economia e Cidadania e Civismo. A habilidade EM13CNT101 é trabalhada nas discussões sobre transformações e reatividade, enquanto as

EM13CNT106, EM13CNT206, EM13CNT304, EM13CNT309 e EM13CNT310 são trabalhadas durante a discussão sobre o Fórum Econômico Mundial, na qual os estudantes são motivados a realizar pesquisas em fontes confiáveis, divulgar esses resultados entre seus pares e decidir, a partir de informações coletadas, qual setor do Fórum Econômico Mundial merece investimento. Consequentemente, trabalha-se também as competências específicas 1 e 3.

Transformações físicas e químicas

Diferenciar fenômenos físicos de fenômenos químicos é uma ação que os estudantes realizarão com frequência nos estudos dos conceitos químicos, portanto convém utilizar exemplos cotidianos para apresentar essa diferenciação, como o congelamento e descongelamento da água e o processo de cocção dos alimentos. É importante explorar as imagens e os textos dos boxes apresentados com os estudantes, de maneira que as transformações físicas e químicas fiquem evidenciadas, por exemplo, trabalhando o boxe Algo A+: A Ciência para a qualidade do café. O boxe Espaços de aprendizagem pode ser utilizado para expandir a discussão do tema. Ele sugere um texto que discute a poluição na cidade de Cubatão (SP), que já foi considerada a mais poluída do mundo. Sugere-se que a seção Formação cidadã: A Química para uma economia global sustentável seja trabalhada em grupos. É importante incentivar o diálogo entre os estudantes, ensinando-os a respeitar o momento de fala dos colegas e a argumentar com base em argumentos éticos e científicos.

Reação química e reatividade

Neste subtema, os estudantes terão contato com a linguagem química utilizada para representar as reações químicas. Para evidenciar os fenômenos químicos, são abordadas diferentes reações que representam a reatividade dos materiais. Explorar as imagens apresentadas, ilustrando a oxidação de metais e a reação entre o potássio metálico e a água, e representar as equações químicas dessas reações.

Tema 6 – Leis ponderais

A Química é a Ciência que estuda as substâncias, os materiais e as transformações que ocorrem nesse processo. As leis ponderais foram as primeiras leis que esclareceram características básicas das reações químicas, permitindo um estudo detalhado e mais aprofundado desse tipo de fenômeno. O estudo das leis ponderais auxilia na compreensão de diversos processos químicos que ocorrem no cotidiano, por isso é importante relacionar os conceitos e as reações químicas com exemplos práticos, mas sempre garantindo a cientificidade do processo. Na organização apresentada, pode-se trabalhar com os professores de Ciências Humanas e Sociais Aplicadas para discutir a influência do Iluminismo no desenvolvimento das leis ponderais, além de realizar cálculos e redações nas atividades propostas, promovendo as competências gerais 1 e 7 e as habilidades EM13CNT101 e EM13CNT205, além do TCT Ciência e Tecnologia.

Lei da conservação das massas

O desenvolvimento de equipamentos cada vez mais precisos proporciona a comprovação ou mesmo a proposição de novas teorias. No caso, o uso de balanças precisas possibilitou que Lavoisier formulasse a lei da conservação das massas.

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Utilizar os exemplos disponíveis do livro para ilustrar a lei da conservação das massas. É importante que os estudantes possam extrapolar os exemplos propostos, fazendo previsões das massas em situações não ilustradas. Explore o texto Marie-Anne Lavoisier e a campanha pela nova Química, enfatizando a importância da participação da tradutora e ilustradora francesa para a difusão de uma nova Química.

Lei das proporções definidas

Seguindo o estudo das leis ponderais, as contribuições de Proust também são apresentadas no Tema. É importante apresentar os caminhos da formulação da lei, assim os estudantes podem compreender as propostas anteriores e as seguintes, fazendo diferenciação entre elas.

Lei das proporções múltiplas

Apresentar as contribuições do cientista John Dalton para a Química e antecipar as demais contribuições desse pesquisador, as quais serão abordadas nas Unidades seguintes. Neste subtema, apresentar a formulação proposta por Dalton com o objetivo de diferenciar das demais leis apresentadas.

Lei das proporções volumétricas

Utilizar o texto para abordar um pouco sobre o cientista Joseph Louis Gay-Lussac. Apontar as características da lei proposta por ele. As leis ponderais são apresentadas por meio de uma perspectiva histórica de suas elaborações. É importante utilizar os exemplos para representar as relações entre as grandezas dos reagentes e dos produtos.

Organizando as ideias

Orientar os estudantes a observar as imagens e ilustrações apresentadas ao longo da unidade e destacar os conceitos químicos estudados. Sugerir que, antes de consultar o esquema presente no final da Unidade ou esquemas prontos de colegas ou da internet, organizem os próprios esquemas no caderno, sintetizando os principais conceitos abordados e acrescentando outros termos e ideias relacionadas ao que foi estudado. Incentivar que realizem as associações que considerarem relevantes entre os conceitos. Orientar a elaboração de um pequeno texto que conecte os conceitos e as ideias do esquema, de modo a favorecer a compreensão e retenção dos conteúdos estudados. Para finalizar, orientar que comparem o texto autoral com o esquema presente no final da Unidade.

Integrando com Ciências Humanas e Sociais Aplicadas

A guerra dos químicos O texto apresenta como foi a participação dos cientistas da área da Química na Primeira Guerra Mundial. Esse texto traz momentos de discussão sobre os aspectos éticos e sociais do desenvolvimento científico e tecnológico. Os estudantes são instigados a buscar em fontes confiáveis informações sobre o uso de armas químicas em confrontos armados entre países e a apresentar uma opinião sobre o assunto. Desse modo, essas ações promovem a competência geral 10 e as habilidades EM13CNT104 e EM13CNT304.

Atividade extra

Construção de equipamentos de laboratório utilizando materiais reciclados A realidade das escolas brasileiras é muito diversa. Assim, considera-se importante a busca por alternativas para a abordagem de conceitos científicos, contornando a falta de equipamentos e recursos por meio de propostas mais acessíveis. O texto “Construindo aparelhagens de laboratório com materiais alternativos: PIBID/IFPB” apresenta formas alternativas e com custo acessível para a construção de equipamentos que podem ser utilizados no trabalho pedagógico dos conceitos apresentados nos temas da Unidade 1. • Proposta de atividade Leia o texto com os estudantes, especialmente a descrição dos procedimentos para a montagem dos equipamentos: balança, aparelho de destilação e aparelho de titulação. Após a leitura, discuta com os estudantes uma forma de construir a balança que foi apresentada no texto, buscando alternativas para aquela apresentada pelos autores. Os estudantes podem ser separados em grupos e cada um desses grupos apresentar um protótipo de uma balança. É possível que seja indicada a construção de uma balança por meio de arames sem a necessidade do uso da madeira, conforme indicado no texto. Destacam-se os cuidados que precisam ser tomados com a manipulação de qualquer material. LORENZO, Jorge G. F. et al. Construindo aparelhagens de laboratório com materiais alternativos: PIBID/IFPB. In: CONGRESSO NORTE NORDESTE DE PESQUISA E INOVAÇÃO, 11., 2010. Maceió. Anais […]. Maceió: Ifal, 2010. Disponível em: http://connepi.ifal.edu.br/ocs /anais/conteudo/anais/files/conferences/1/schedConfs /1/papers/1183/public/1183-5393-1-PB.pdf. Acesso em: 3 nov. 2024.

Possibilidades e alternativas para a avaliação

A Unidade 1 abordou temas introdutórios sobre o que é Ciência, a origem da Química, substâncias e materiais, transformações físicas e químicas e as leis ponderais. Ao longo desses temas, são propostas atividades sobre os conceitos abordados que podem servir de avaliação da aprendizagem dos estudantes. É possível também avaliar se os estudantes atingiram os objetivos além dos conceitos químicos, como a capacidade de elaborar um texto de divulgação científica, conforme proposto na atividade 7 do Tema 1. No final de cada Unidade, na seção Organizando as ideias, há uma síntese dos principais conceitos trabalhados, que serve tanto para proporcionar uma visão geral dos assuntos abordados e possibilitar a elaboração de avaliações quanto para o estudante realizar uma auto avaliação e saber quais são os pontos relevantes desse aprendizado. O texto proposto ao final da seção pode ser utilizado para avaliar a aprendizagem e esclarecer dúvidas remanescentes após o fechamento da Unidade. Constitui-se, igualmente, como um roteiro de estudo antes de iniciar os próximos Temas.

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Unidade 2 Constituição química da matéria Síntese da Unidade BNCC • Competências gerais: 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8 e 9. • Competências específicas de Ciências da Natureza e suas Tecnologias: 2 e 3. • Habilidades de Ciências da Natureza e suas Tecnologias: EM13CNT104, EM13CNT105, EM13CNT201, EM13CNT205, EM13CNT207, EM13CNT209, EM13CNT301, EM13CNT302, EM13CNT303, EM13CNT305, EM13CNT306 e EM13CNT308. Temas Contemporâneos Transversais • Ciência e Tecnologia. • Economia. • Meio Ambiente. • Multiculturalismo. • Saúde. Conteúdos • Modelos atômicos. • Tabela periódica. • Ligações químicas. • Polaridade e interações moleculares.

Objetivos da Unidade • Compreender como o conhecimento científico evoluiu ao longo do tempo com o estudo dos modelos atômicos propostos. • Reconhecer o processo de construção da tabela periódica com base nas contribuições de diversos cientistas para o formato atual. • Localizar as informações da tabela periódica atual e aplicá-las em situações-problema do cotidiano. • Entender e aplicar as concepções sobre ligações químicas e polaridade das moléculas para prever mudanças de estado físico.

Orientações gerais Na Unidade 2, são abordados conceitos primordiais para a compreensão da Química: modelos atômicos, classificação periódica dos elementos, ligações químicas, polaridade e interações. Considerando a construção coletiva do conhecimento científico, o estudo das diferentes teorias científicas desenvolvidas ao longo do tempo permite aos estudantes que entendam a Ciência como uma atividade humana que, com base em evidências, promove o pensamento crítico e a aplicação prática dos conhecimentos adquiridos. Os conceitos abordados na Unidade apresentam modelos e proposições de cientistas que se concentraram na análise de fenômenos no nível microscópico. Ao compreenderem esses modelos, os estudantes são motivados a aplicar esse conhecimento para explicar fenômenos em situações do dia a dia. Partindo da teoria dos quatro elementos, seguida de Demócrito e Leucipo, reconhecidos historicamente por proporem o termo átomo, a abordagem prossegue com os modelos atômicos de Dalton, Thomson, Rutherford e Bohr. O modelo atômico quântico é apresentado, mas só será aprofundado na Unidade 6, ao longo dos estudos sobre radioatividade.

Em seguida, são apontadas as contribuições científicas para a classificação periódica dos elementos, contexto em que é apresentado um trabalho importante, mas pouco divulgado, do engenheiro agrônomo brasileiro Alcindo Cabral. Para o estudo do conceito de ligação química, abordam-se fundamentos teóricos relevantes, como o conceito de valência e a regra do octeto. Os tipos de ligação (iônica, covalente e metálica) são apresentados e aprofundados em seus respectivos contextos. Por fim, trata-se do conceito de polaridade e de seu papel determinante nas interações moleculares.

Abertura de Unidade

A abertura de Unidade apresenta uma fotografia com o fenômeno da fluorescência que deve ser explorada com os estudantes. Utilizar as perguntas da abertura para fazer um levantamento do conhecimento prévio deles a respeito do fenômeno. A partir das respostas, pode-se apresentar, brevemente, o conceito de emissão de luz, informando que se trata de um fenômeno físico que ocorre devido à estrutura do átomo. Em seguida, mencionar que o estudo dessa estrutura é feito com base em modelos, cujas características serão detalhadas ao longo do Tema. Para aprofundar o assunto sobre bioluminescência, explore as respostas dos estudantes à pesquisa solicitada na atividade 2. Dependendo da fonte de pesquisa, é possível que eles encontrem informações de que a bioluminescência é a produção de luz por seres vivos a partir de reações químicas. Apesar do efeito observado ser parecido, esclarecer que são fenômenos fundamentalmente diferentes. Assim, aproveitar a atividade para enfatizar a importância da realização de pesquisas em fontes confiáveis, de modo a contribuir para a mobilização das competências gerais 5 e 7, além da habilidade EM13CNT303. Se considerar pertinente, o vídeo a seguir pode ser apresentado como abordagem complementar.

Sugestão extra • A luminescência na higiene das mãos O vídeo indicado apresenta uma ação de conscientização relacionada ao Dia Mundial de Higienização das Mãos, celebrado no dia 5 de maio. AÇÃO com luz negra conscientiza população sobre higiene das mãos: Unifor Notícias 31/05/24, 2024. 1 vídeo (4 min). Publicado pelo canal TV Unifor. Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=MuITlsMQbYU. Acesso em: 7 nov. 2024.

Tema 7 – Modelando os átomos

O Tema apresenta algumas das contribuições científicas iniciais sobre a constituição da matéria, com os modelos de Dalton e Thomson. Durante a abordagem dos conceitos é importante que os estudantes assimilem corretamente as principais teorias sobre o modelo atômico para que sejam capazes de identificá-las. A compreensão do que são modelos científicos e de que eles são construídos coletivamente é imprescindível para uma formação integral dos estudantes. Nesse sentido, é essencial a valorização de conhecimentos científicos que, historicamente, foram considerados irrelevantes. A imagem do planeta Saturno pode ser explorada visando a tal objetivo e pode ser utilizada como ponto de partida

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de uma proposta de discussão sobre multiculturalismo na Ciência. Durante a dinâmica, convém enfatizar que, além do físico japonês Hantaro Nagaoka, cientistas de outras nacionalidades estiveram envolvidos na construção de modelos explicativos para a constituição do átomo. Assim, os TCTs são contemplados nas macroáreas Multiculturalismo e Ciência e Tecnologia. Esse momento de aprendizagem possibilita a mobilização das competências gerais 1, ao valorizar os conhecimentos historicamente construídos sobre os modelos atômicos; 2, ao incentivar os estudantes a exercitar a curiosidade intelectual e, nos momentos de discussão, recorrer à abordagem própria das Ciências; e 4, ao propor que partilhem informações, experiências e ideias, principalmente nas atividades, e utilizem diferentes linguagens para se expressarem. Ao longo de todo o Tema, o conteúdo viabiliza momentos de discussão sobre modelos, teorias e leis propostos em diferentes épocas, possibilitando o trabalho com a habilidade EM13CNT201. Nas atividades, os estudantes são solicitados a interpretar resultados e realizar previsões sobre processos que envolvem modelos atômicos, mobilizando a habilidade EM13CNT205. Por fim, as perguntas dos boxes Reflita oportunizam a construção de questões e a elaboração de hipóteses pelos estudantes, mobilizando a habilidade EM13CNT301. Já a exposição dos trechos de textos e ilustrações originais viabiliza o trabalho com a habilidade EM13CNT303. Com o trabalho dessas habilidades, consequentemente, trabalha-se também as competências específicas 2 e 3.

Sugestões de leitura • Hantaro Nagaoka e o modelo saturniano O texto publicado na revista Química Nova na Escola descreve o modelo atômico saturniano proposto pelo físico Hantaro Nagaoka. BENEDETTI FILHO, Edemar; MATSUMOTO, Marcio Y. Hantaro Nagaoka e o modelo saturniano. Química Nova na Escola, São Paulo, v. 44, n. 1, p. 9-16, fev. 2022. Disponível em: http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc44 _1/04-HQ-66-20.pdf. Acesso em: 7 nov. 2024. • O modelo atômico saturniano de Nagaoka Texto que aborda aspectos de um modelo atômico pouco conhecido, proposto pelo físico japonês Hantaro Nagaoka. FIOLHAIS, Manuel; RUIVO, Maria da Conceição. O modelo atômico saturniano de Nagaoka. Gazeta de Física, Lisboa, v. 19, fasc. 1, p. 6-10, 1996. Disponível em: https://www.spf.pt/magazines/GFIS/414/article/1277/ pdf. Acesso em: 7 nov. 2024.

O que são modelos • Iniciar o subtema com a seção Oficina científica: Como é possível descrever o que não pode ser observado?. A realização dessa atividade tem o intuito de desenvolver o conceito de modelo e, na sequência, de modelo atômico. A pergunta do boxe Reflita contribui para que os estudantes desenvolvam a capacidade de comunicação do conhecimento científico ao compartilharem suas ideias com os colegas por meio de textos, desenhos e esquemas.

Ideias iniciais sobre a constituição da matéria

Por não se ter acesso direto a átomos, moléculas e outros constituintes, é preciso encontrar formas de compreendê-los. Para isso, usam-se modelos que permitem entendê-los. Neste subtópico, são apresentadas algumas ideias de pensadores gregos, bem como proposições iniciais sobre o conceito de átomo. A teoria dos quatro elementos pode ser abordada por meio da pergunta apresentada no boxe Reflita. É possível que alguns estudantes já conheçam a teoria, mas é importante reforçar o conceito central de que a água, a terra, o fogo e o ar eram considerados os formadores de toda a matéria no universo. Incentivar a argumentação dos estudantes, questionando-os se essa teoria tem fundamentos e como eles a refutariam. Os conteúdos sugeridos nos boxes Espaços de aprendizagem podem ser utilizados para aprofundar a discussão desse subtema. Pode-se solicitar, por exemplo, que os estudantes elaborem um texto resumindo o artigo O período das artes práticas: a química ancestral africana, como forma de abordar o eurocentrismo na educação de Química do Brasil. Esse momento pode ser enriquecido com o trabalho em conjunto com professores de Ciências Humanas e Sociais Aplicadas.

Um outro atomismo

As contribuições de John Dalton para a Química foram exponenciais. O que deve ser destacado neste subtema é a cientificidade da proposição do modelo atômico de Dalton, uma vez que ele propôs a ideia de pesos atômicos relativos e a explicação das reações químicas com base nas combinações de átomos. Nessa exposição, enfatizar o empirismo adotado pelo cientista e utilizar as imagens das publicações de Dalton para abordar os principais pontos da sua teoria.

Sugestão de leitura

• A New System of Chemical Philosophy Neste texto (em inglês), é apresentada a descrição da teoria atômica proposta por John Dalton. A referência indicada traz excertos do famoso livro de Dalton. JOHN Dalton (1766-1844). [Syracuse]: Le Moyne, [2024]. Disponível em: https://web.lemoyne.edu/ giunta/DALTON.HTML. Acesso em: 7 nov. 2024.

O átomo é indivisível?

Ao apresentar a pergunta do título sobre a indivisibilidade do átomo, a depender do nível de conhecimento prévio dos estudantes, pode-se abordar o conceito de partículas subatômicas (prótons, nêutrons e elétrons) já no início do subtema. Nesse contexto, convém enfatizar que a evolução do modelo atômico só foi possível por causa desse e de outros questionamentos feitos sobre propostas anteriormente consideradas certas.

Tema 8 – Do modelo de Rutherford ao modelo quântico

Entender como o modelo atômico historicamente evoluiu facilita a compreensão do conceito de átomo, além de evidenciar o aspecto coletivo da construção do conhecimento científico. Dessa forma, o Tema 8 dá continuidade ao conteúdo do Tema anterior e apresenta os trabalhos científicos de Rutherford e Bohr, que contribuíram para a evolução do modelo atômico.

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Embora o atual modelo atômico quântico seja citado, ele não é aprofundado neste momento devido à sua complexidade, respeitando a progressão no processo de abstração dos estudantes. Além disso, os arranjos experimentais realizados por esses cientistas são ilustrados de modo a sintetizar as conclusões obtidas por eles a respeito das partículas subatômicas, visando facilitar a construção de modelos mentais claros aos estudantes. O Tema oportuniza a retomada do assunto apresentado na abertura de Unidade, contemplando o TCT Ciência e Tecnologia. O desenvolvimento do conteúdo possibilita a mobilização das competências gerais 1, pois valoriza os conhecimentos historicamente construídos sobre os modelos atômicos, e 4, ao propor que os estudantes utilizem diferentes linguagens para se expressar e partilhar informações, experiências e ideias, em particular nas atividades. Ao longo de todo o Tema, é possível promover momentos de discussão sobre modelos, teorias e leis propostos em diferentes épocas, viabilizando o trabalho com a habilidade EM13CNT201. Nas atividades, os estudantes são incentivados a interpretar resultados e a prever processos envolvendo modelos atômicos, mobilizando a habilidade EM13CNT205. Por fim, as perguntas dos boxes Reflita oportunizam a formulação de outras questões e a elaboração de hipóteses pelos estudantes, mobilizando a habilidade EM13CNT301. Já o conteúdo apresentado, incluindo imagens e representações, viabiliza o trabalho com a habilidade EM13CNT303. Com o trabalho dessas habilidades, consequentemente, trabalha-se também as competências específicas 2 e 3.

O trabalho de Rutherford

Iniciar a abordagem deste subtema destacando o modelo atômico proposto por Thomson. Para fazer o levantamento do conhecimento prévio dos estudantes para além desse modelo, utilizar a pergunta do boxe Reflita. Apresentar detalhadamente os experimentos propostos por Rutherford, explorando as representações do Livro do estudante. A atividade extra proposta a seguir pode auxiliar na abordagem. Esse percurso é necessário para que os estudantes consigam compreender as conclusões do experimento e como elas modificaram o modelo atômico proposto por Thomson.

Atividade extra • Descrevendo o experimento de Rutherford O vídeo a seguir ilustra o experimento realizado por Rutherford. Uma possível abordagem é reproduzi-lo em sala de aula, sem som, e solicitar aos estudantes que descrevam o experimento apresentado na simulação. Em seguida, reproduzir o vídeo com som e solicitar aos estudantes que comparem a descrição construída por eles com a apresentada na narração do vídeo. EXPERIMENTO de Rutherford: a descoberta do núcleo do átomo. [S. l.: s. n.], 2022. 1 vídeo (1 min). Publicado pelo canal souradiologia. Disponível em: https://www.youtube. com/watch?v=B21bot-CzdM. Acesso em: 7 nov. 2024.

O átomo quântico

Ao abordar este subtema, destacar que a construção do conhecimento científico possui uma metodologia própria. Na prática de pesquisa científica, nem sempre se alcançam

as respostas para as perguntas feitas em determinado momento, mas é importante registrar os resultados obtidos, mesmo aqueles que possam parecer insignificantes. Esse registro permite que outros pesquisadores, com os mesmos questionamentos, usufruam dos resultados anotados e encontrem uma resposta mais satisfatória. Foi o que aconteceu com a construção dos modelos atômicos. O modelo proposto por Rutherford apresentava algumas lacunas, e ele mesmo considerou que deveria existir algo que permitisse a estabilização do átomo, mas não chegou a conclusões que o satisfizessem. Posteriormente, Niels Bohr apresentou uma resposta adequada para essas lacunas, com base nas pesquisas de ambos. Ao abordar o conceito de transição eletrônica, proposto por Bohr, convém retomar a temática da abertura da Unidade e convidar os estudantes a relacionar o conceito apresentado com o fenômeno mostrado na imagem.

A composição do núcleo atômico

Ao iniciar este subtema, que encerra o Tema 8, é importante incentivar os estudantes a refletir sobre a estabilidade do núcleo atômico, partindo da pergunta do boxe Reflita. Essa reflexão proporciona uma transição fluida para a apresentação do contexto histórico envolvido na descoberta dos nêutrons e da atualização das nomenclaturas utilizadas pela comunidade científica atual. Na sequência, o conceito de isótopos pode ser explorado com a representação da estrutura atômica. Durante a abordagem, convém ressaltar que o termo elemento químico se refere a átomos com a mesma identidade atômica, isto é, com igual número de prótons (Z). Ressaltar que o termo isótopo, embora também relacionado à identidade atômica, indica a diversidade nuclear presente em um mesmo elemento e se refere ao número de massa (A), dado pela soma de prótons e nêutrons. Essas informações e representações são exploradas nas atividades do Tema, para reforçar o entendimento e incentivar o compartilhamento entre os estudantes.

Tema 9 – Tabela periódica

A tabela periódica é uma ferramenta fundamental para a pesquisa e o estudo dos elementos químicos. O Tema apresenta as primeiras tentativas de organização dos elementos e a previsão de elementos a serem identificados, que ainda eram desconhecidos à época das propostas. O boxe Espaços de aprendizagem presente na abertura do Tema pode ser utilizado como uma maneira de iniciar os estudos. Na presente abordagem pedagógica, é orientado aos estudantes que desenvolvam o hábito de consultar a tabela periódica, em detrimento da memorização, para encontrar as informações necessárias à resolução de situações-problema. Assim, desestimulam-se práticas de fixação mecânica e incentiva-se o uso da tabela como uma ferramenta de consulta, finalidade para a qual ela foi criada. A estratégia pedagógica do Tema explora os TCTs Ciência e Tecnologia e Multiculturalismo, que podem ser trabalhados por meio das contribuições do autor italiano Primo Levi e do engenheiro brasileiro Alcindo Cabral, ambos mencionados no Tema. A competência geral 1 é mobilizada ao valorizar os conhecimentos historicamente construídos sobre as propriedades dos elementos químicos; as competências

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gerais 3 e 9, durante as atividades na seção Formação cidadã, ao valorizar e participar de produções artístico-culturais e ao exercitar a empatia, promovendo o respeito aos direitos humanos; a competência geral 4, ao propor que os estudantes utilizem diferentes linguagens para se expressar e partilhar informações, experiências e ideias, em particular nas atividades. Ao longo de todo o Tema, o conteúdo viabiliza momentos de discussão a respeito de modelos, teorias e leis propostos em diferentes épocas, possibilitando o trabalho com a habilidade EM13CNT201. Na proposta de abertura do Tema, que apresenta a associação entre os modelos de origem e distribuição dos elementos químicos no Universo e a teoria de sua evolução, a EM13CNT209 pode ser trabalhada. Nas atividades, os estudantes são solicitados a realizar previsões, utilizando a tabela periódica, com base nos conceitos aprendidos, mobilizando a habilidade EM13CNT205. As perguntas dos boxes Reflita oportunizam a formulação de outras questões e a elaboração de hipóteses pelos estudantes, mobilizando a habilidade EM13CNT301. Com relação ao conteúdo apresentado, incluindo imagens e representações, é proposto um trabalho com a habilidade EM13CNT303. Por fim, a seção Formação cidadã oportuniza o trabalho com a habilidade EM13CNT305, caso seja de interesse promover uma discussão sobre o uso indevido de conhecimentos das Ciências da Natureza ao justificar processos de discriminação, segregação e privação de direitos individuais e coletivos, no contexto do Holocausto. Com o trabalho dessas habilidades, consequentemente, trabalha-se também as competências específicas 2 e 3.

Breve histórico do conceito de elemento químico

Ao explorar a representação das etapas de desenvolvimento do Universo, questionar os estudantes sobre quais seriam os elementos mais leves e quais seriam os elementos mais pesados. Para isso, solicitar a eles que consultem a tabela periódica presente na página 109. Como sugestão de abordagem, pode-se pedir a eles que comparem as informações dos elementos chumbo e ouro ao explorar a pergunta do boxe Reflita.

Organização dos elementos

Iniciar o subtema questionando os estudantes sobre a necessidade de organização dos elementos químicos, destacando o padrão de escrita e a simbologia utilizada, para que as informações sejam acessíveis por todas as pessoas de diferentes contextos culturais. Ao apresentar o boxe Algo A+: Alcindo Cabral e a classificação periódica dos elementos, destacar a importância da contribuição brasileira para o conhecimento científico. A sugestão presente no boxe Espaços de aprendizagem pode ser utilizada para aprofundar ou embasar as discussões a respeito do cientista Mendeleev e a concepção das primeiras tabelas periódicas. Explorar as diversas propostas apresentadas no texto, dialogando com os estudantes sobre outros formatos de tabela periódica, inclusive digitais. A sugestão indicada a seguir (em inglês) pode ser útil durante essa abordagem.

Sugestão extra • Tabela periódica e realidade aumentada A tabela periódica indicada pode ser acessada por meio de um dispositivo com câmera. Assim, é possível projetar a representação de cada elemento químico no ambiente, tecnologia conhecida como realidade aumentada. 3D PERIODIC Table. [S. l.]: Google Arts & Culture Experiments, [2024]. Disponível em: https://artsexpe riments.withgoogle.com/periodic-table/. Acesso em: 7 nov. 2024.

Entendendo e utilizando a tabela periódica

Na maioria dos vestibulares e provas oficiais, os estudantes têm acesso a dados disponíveis da tabela periódica. No entanto, é comum que sejam fornecidas informações excedentes, irrelevantes para a solução de uma situação-problema, como parte da avaliação. Portanto, é essencial que os estudantes compreendam as variáveis que podem ser extraídas da tabela e o que elas representam. Como abordagem para esse objetivo, sugere-se solicitar aos estudantes que observem a tabela periódica presente no livro e reflitam sobre quais informações eles consideram necessário memorizar. Reforçar que os estudantes precisam compreender a tabela periódica para consultar as informações corretamente. O trabalho com a seção Formação cidadã: A tabela periódica e a literatura aborda as experiências do escritor italiano Primo Levi em Auschwitz por meio de uma metáfora envolvendo os elementos químicos. Explorar as respostas dos estudantes, se possível, solicitando que compartilhem suas opiniões.

Sugestão de leitura • Dossiê: Primo Levi A revista Literatura e Sociedade publicou um dossiê sobre as obras do autor Primo Levi, em especial o artigo “Figurações de sobrevivência em Primo Levi: diálogos com Norbert Elias”, que aborda a obra A tabela periódica. PRIMO Levi. Literatura e Sociedade: Revista do Departamento de Teoria Literária e Literatura Comparada, São Paulo, v. 25, n. 32, jul./dez. 2020. Disponível em: https://www.revistas.usp.br/ls/issue/view/11662/1949. Acesso em: 7 nov. 2024.

Tema 10 – Fundamentos da ligação química

Compreender como ocorrem as ligações químicas e de que forma os tipos de ligações podem explicar as características físicas e químicas das substâncias é uma capacidade que se espera dos estudantes do Ensino Médio. Para esse estudo, é importante enfatizar as contribuições históricas dos cientistas e como suas pesquisas colaboraram para o desenvolvimento do conceito de ligação química. O Tema traz uma abordagem pedagógica diversificada cujo conteúdo viabiliza momentos de discussão sobre modelos, teorias e leis propostos em diferentes épocas, possibilitando o trabalho com a habilidade EM13CNT201. Nas atividades, os estudantes são solicitados a realizar previsões sobre

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a tendência de ligações químicas em determinados átomos, mobilizando a habilidade EM13CNT205. As perguntas nos boxes Reflita oportunizam a formulação de outras questões e a elaboração de hipóteses pelos estudantes, mobilizando a habilidade EM13CNT301. A competência geral 1 é mobilizada ao valorizar os conhecimentos historicamente construídos sobre o conceito de ligação química. As competências gerais 2 e 4 são aplicadas ao incentivar os estudantes a exercitar a curiosidade intelectual e a recorrer à abordagem e linguagem própria das Ciências e a outras linguagens para se expressar e partilhar informações, experiências e ideias. A seção Formação cidadã apresenta uma abordagem metodológica que contempla a macroárea Saúde dos TCTs e as competências gerais 7 e 8, ao convidar os estudantes a utilizar diferentes linguagens e a argumentar com base em dados e informações confiáveis, para defender decisões que promovam o consumo responsável com posicionamento ético em relação ao cuidado de si, de modo a apreciar-se e cuidar de sua saúde física. Ao avaliar os riscos à saúde pelo alto consumo de sódio, um hábito comum, e identificar a própria vulnerabilidade vinculada a essa vivência, ocorre a mobilização das habilidades EM13CNT104, EM13CNT207 e EM13CNT306. Na atividade proposta, os estudantes são convidados a interpretar os dados fornecidos para construir suas conclusões no enfrentamento da situação-problema de uma perspectiva científica. Em seguida, são convidados a comunicar tais conclusões para um público variado, visando promover o debate em torno de um tema científico que envolve a saúde pública, com base na interpretação de textos de divulgação científica, selecionados quanto à confiabilidade das fontes. Assim, são promovidas as habilidades EM13CNT301, EM13CNT302 e EM13CNT303. Com o trabalho dessas habilidades, consequentemente, trabalha-se também as competências específicas 2 e 3.

As substâncias e os seus constituintes

O percurso para a construção do conhecimento químico proposto nesta obra possibilita aos estudantes a compreensão de que as substâncias e materiais são constituídos por átomos. Nesse momento, é importante fazê-los refletir sobre o motivo de átomos iguais formarem substâncias diferentes. Apresentar as fórmulas moleculares e estruturais da água, da água oxigenada, do propanol e da acetona e destacar que as propriedades das substâncias não são definidas apenas pelos tipos de átomo que as compõem mas também pela forma como esses átomos estão ligados entre si. Com base nas respostas dos estudantes e nas fórmulas apresentadas, convém mencionar que o entendimento das ligações químicas permite compreender as propriedades físicas e químicas das substâncias.

Breve histórico do conceito de ligação química

Apresentar o histórico das teorias de ligação química e associá-lo ao histórico da construção de modelos atômicos pode facilitar a compreensão dos conceitos apresentados, em especial, da representação de ligações utilizando as estruturas de Lewis. Além dos exemplos apresentados no Livro do estudante, é interessante trazer outros para que os estudantes se familiarizem com a linguagem química e aprimorem a capacidade de abstrair o conceito de valência. O boxe Algo A+: Elétrons de valência são observados pela primeira vez pode ser trabalhado nesse sentido.

Ligações químicas nos sais

Apresentar o conceito de ligação iônica usando sais como exemplo permite que os estudantes associem o conteúdo ao cotidiano. Assim, sugere-se iniciar o subtema com a pergunta do boxe Reflita para explorar as substâncias classificadas como sais. Destacar que essa classificação será aprofundada na Unidade 6. Nesse contexto, torna-se relevante abordar a regra do octeto, suas aplicações e limitações na explicação de ligações químicas, bem como a polaridade das ligações e sua influência nas propriedades das substâncias. Esse assunto será aprofundado no Tema 12. O sal de cozinha (cloreto de sódio) é um exemplo comum que pode ser apresentado pelos estudantes. Recomenda-se direcionar, nesse momento, a seção Formação cidadã: Sais de sódio na alimentação, que apresenta informações sobre o assunto. Como proposta de atividade prática, a Oficina científica: Cristais de sal apresenta um experimento que mostra a dissolução de sal de cozinha em água e a formação de cristais. Se possível, solicitar que os estudantes vejam os vídeos sugeridos no boxe Espaços de aprendizagem, que apresentam os processos de cristalização e de dissolução do retículo cristalino do cloreto de sódio.

Tema 11 – Ligações covalentes e metálicas

Para este Tema, a proposta pedagógica tem base na contextualização para continuar explorando os modelos de ligação química, apresentando as ligações covalentes e as ligações metálicas. Nesse percurso, é importante apresentar exemplos do cotidiano dos estudantes, além daqueles presentes no Livro do estudante. O Tema traz uma seção Oficina científica, que auxilia no entendimento do conceito de geometria molecular, permitindo o trabalho com os TCTs, em particular a macroárea Ciência e Tecnologia, e a abordagem contextualizada sobre os metais pode oferecer caminhos para contemplar a macroárea Economia. A competência geral 1 é mobilizada ao longo do Tema, evidenciando os conhecimentos historicamente construídos sobre modelos de ligação química e geometria molecular; a competência geral 2 é contemplada durante a seção Oficina científica, ao incentivar os estudantes a exercitar a curiosidade intelectual e recorrer à abordagem própria das Ciências, durante a construção, análise e comparação de um modelo preditivo da geometria molecular. A seção permite, ainda, o trabalho com a habilidade EM13CNT201, pois oportuniza uma discussão sobre modelos, teorias e leis propostos em diferentes épocas, e a habilidade EM13CNT205, uma vez que os estudantes são solicitados a realizar previsões, utilizando o modelo, e com base nos conceitos de geometria molecular. As perguntas dos boxes Reflita oportunizam a formulação de outras questões e a elaboração de hipóteses pelos estudantes, mobilizando a habilidade EM13CNT301. Com o trabalho dessas habilidades, consequentemente, trabalha-se também a competência específica 2.

Ligações químicas nas moléculas

A pergunta do boxe Reflita permite investigar os conhecimentos prévios dos estudantes por meio da descrição e da representação de uma molécula elaborada por eles. As respostas podem ser utilizadas para estudar o modelo de li-

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gação covalente, apresentado neste subtema, oportunizando aos estudantes a reflexão, com base nos conhecimentos adquiridos, o confronto com a hipótese inicial formulada por eles e, se for o caso, a reformulação da proposta. Enfatizar as representações das ligações covalentes e apresentar os diferentes tipos de representação das estruturas das moléculas. Esta obra apresenta vários exemplos de substâncias que são comuns no cotidiano, mas é importante ampliar o vocabulário químico apresentando outros exemplos aos estudantes. A proposta da seção Oficina científica: Geometria molecular utilizando balões requer material simples, podendo ser realizada em sala de aula sem grandes prejuízos ao planejamento curricular. A atividade pode ser realizada antes ou após a explanação do conteúdo sobre geometria molecular e modelo da repulsão dos pares de elétrons da camada de valência (RPECV). Nos dois casos, é importante incentivar os estudantes a analisar o modelo tridimensional, obtido com os balões, compará-lo ao modelo teórico e relacionar ambos os modelos aos conceitos científicos apresentados, de modo a facilitar o aprendizado e a abstração deles. O simulador proposto no boxe Espaços de aprendizagem pode ser utilizado para complementar esse momento.

Ligações químicas nos metais

Apresentar o subtema abordando a importância dos metais para o desenvolvimento econômico de um país, desde antigas civilizações até a modernidade. Utilizar as imagens apresentadas para explanar como os metais são extraídos da natureza por meio da mineração, pontuando que alguns metais, como o ouro e a prata, têm valor econômico elevado. Como sugestão, ressaltar que o ouro, apesar de valioso, ainda é pouco compreendido em termos de formação geológica. O boxe Algo A+: Formação de pepitas de ouro apresenta um estudo científico que permite uma abordagem contextualizada sobre o assunto, que pode ser discutido em conjunto com os professores de Ciências Humanas e Sociais Aplicadas, trazendo aspectos históricos e ambientais relacionados à exploração do ouro no Brasil. Essa contextualização proporciona engajamento dos estudantes, tornando o estudo sobre as propriedades dos metais e o conceito de ligação metálica mais interessante.

Tema 12 – Polaridade e interações

Alguns fenômenos despertam muito a curiosidade, motivando os estudantes a compreendê-los. Neste Tema, a tensão superficial da água, que permite a locomoção de alguns insetos sobre ela, é oferecido com a intenção de incentivar os estudantes. Como complemento ao início dessa abordagem, a atividade a seguir pode ser realizada.

Atividade extra • Basilisco e a tensão superficial da água Exibir o vídeo que mostra as características do lagarto basilisco. Em seguida, solicitar que os estudantes expliquem se há alguma propriedade da água que facilita a locomoção do lagarto. Após as considerações, indicar que, além dos fatores biológicos do réptil, a tensão superficial da água contribui para a resistência ao movimento das patas do lagarto. BASILISCO, o lagarto Jesus Cristo. [S. l.: s. n.], 2023. 1 vídeo (3 min). Publicado pelo canal Natureza Curiosa. Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=szeILEGiYJQ. Acesso em: 7 nov. 2024.

O Tema aborda as interações moleculares e o uso desse conceito para explicar algumas das propriedades das substâncias. Assim, a competência geral 2 é mobilizada ao incentivar os estudantes a exercitar a curiosidade intelectual e a recorrer à abordagem própria das Ciências. A competência geral 4 é contemplada ao propor que os estudantes utilizem diferentes linguagens para se expressar e partilhar informações, experiências e ideias, em particular nas atividades. Nas atividades, os estudantes são solicitados a realizar previsões, utilizando a tabela periódica, com base nos conceitos aprendidos, mobilizando a habilidade EM13CNT205. As perguntas dos boxes Reflita oportunizam a formulação de questões e a elaboração de hipóteses pelos estudantes, mobilizando a habilidade EM13CNT301. Por fim, o conteúdo apresentado, incluindo imagens e representações, viabiliza o trabalho com a habilidade EM13CNT303. Com o trabalho dessas habilidades, consequentemente, trabalha-se também a competência específica 3. A seção Formação cidadã presente no Tema traz uma proposta de abordagem sobre os impactos ambientais do descarte indevido de produtos químicos, contemplando os TCTs por meio da macroárea Meio Ambiente. A competência geral 7 é trabalhada nas atividades da seção, ao solicitar que os estudantes argumentem com base em fatos, dados e informações confiáveis sobre a poluição de rios para defender ideias que promovem a consciência socioambiental em âmbito local, com posicionamento ético em relação ao cuidado de si, dos outros e do planeta. A habilidade EM13CNT105 pode ser mobilizada ao propor a análise dos efeitos da interferência humana sobre o ciclo biogeoquímico da água para promover ações individuais e/ou coletivas que minimizem consequências nocivas à vida, como a poluição de rios da cidade em que os estudantes residem.

Distribuição de cargas nas moléculas

Sugere-se iniciar o subtema com uma pergunta sobre polaridade, considerando que os estudantes podem associá-la a pilhas e baterias. Direcionar a discussão para polaridade magnética, aproximando o contexto ao conceito de polaridade das ligações. É importante retomar o conceito de eletronegatividade, incentivando os estudantes a consultar a tabela periódica para destacar os elementos mais eletronegativos e os menos eletronegativos. Ao apresentar o conceito de momento dipolar, pode-se utilizar os exemplos do Livro do estudante, mas é interessante explorar outros, se possível, com auxílio do simulador presente no boxe Espaços de aprendizagem.

As interações moleculares

Guiar o aprendizado dos estudantes sobre as forças de ligação e as interações entre moléculas, ressaltando as propriedades de substâncias polares e apolares e os resultados esperados quando misturadas. Explorar o fenômeno das forças intermoleculares com a imagem da lagartixa e retomar a imagem do inseto sobre a água, questionando os estudantes sobre os impactos ecológicos que ocorreriam caso tais insetos não flutuassem. Finalizar com a seção Formação cidadã: A tensão superficial da água.

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Atividade extra • Tensão superficial da água e um clipe de papel Colocar um clipe de papel sobre a água permite observar a resistência entre as moléculas de água e a superfície do metal. Nesse caso, a tensão superficial é maior do que a força da gravidade que atua no clipe, impedindo-o de afundar. A distribuição da massa do clipe em relação à área de contato com a água é essencial para esse efeito. Objetos mais espessos, como moedas, afundam, pois a gravidade supera a tensão superficial. Para explorar esse fenômeno, um experimento simples consiste em colocar um clipe sobre a água em um recipiente, evitando afundá-lo com a mão. Caso o clipe afunde imediatamente, pode-se testar com outro tipo de clipe ou material, como um grampo de papel. É importante que o objeto esteja seco para que a tensão superficial funcione adequadamente, posicionando-o de maneira que seu peso seja distribuído de modo uniforme sobre a superfície da água. Posicionar o objeto na vertical, por exemplo, concentra o peso em uma área pequena, o que também reduz a eficácia da tensão superficial. Como etapa final, adicionar uma gota de detergente na água onde o clipe está flutuando. Notar o comportamento do clipe e justificar o observado. Tentar colocar um segundo clipe sobre essa água e observar o efeito. Os estudantes devem concluir que o detergente reduz a tensão superficial da água, provocando o afundamento do clipe. Explicar que essa propriedade é essencial para a função de limpeza do detergente.

Influência das interações nas mudanças de estado físico Aplicar os conceitos de ligações químicas e forças intermoleculares para analisar as temperaturas de mudança de estado físico. Questionar os estudantes sobre a energia necessária para romper interações moleculares, relacionando-a ao estado físico de uma substância. Utilizar o diagrama do Livro do estudante para ilustrar a intensidade dessas forças.

Organizando as ideias Orientar os estudantes a observar as imagens e ilustrações apresentadas ao longo da unidade e destacar os conceitos químicos estudados. Sugerir que, antes de consultar o esquema presente no final da Unidade ou esquemas prontos de colegas ou da internet, organizem os próprios esquemas no caderno, sintetizando os principais conceitos abordados e acrescentando outros termos e ideias relacionadas ao que foi estudado. Incentivar que realizem as associações que considerarem relevantes entre os conceitos. Orientar a elaboração de um pequeno texto que conecte os conceitos e as ideias do esquema, de modo a favorecer a compreensão e retenção dos conteúdos estudados. Para finalizar, orientar que comparem o texto autoral com o esquema presente no final da Unidade.

Integrando com Arte A Química na impressão 3D O texto aborda a tecnologia da impressão 3D, que tem ganhado popularidade. Essa tecnologia destaca a influência da Química no desenvolvimento de materiais de impressão, fundamentais para garantir a precisão de objetos impressos. Com base nessa abordagem, é interessante mostrar as imagens do objeto produzido por uma estudante de Ensino Médio da rede pública do Distrito Federal. Inicialmente impresso em branco, o objeto foi posteriormente detalhado pela estudante com tinta guache, reproduzindo características de um personagem de mangá (Demon Slayer: Kimetsu no Yaiba). Esta seção oferece aos estudantes uma compreensão prática sobre a tecnologia de impressão 3D, contemplando as macroáreas Multiculturalismo e Ciência e Tecnologia dos TCTs. Essa abordagem permite o desenvolvimento da competência geral 9 ao promover o diálogo sobre objetos representativos de gostos e identidades dos próprios estudantes, ampliando o entendimento da importância cultural e individual da tecnologia. Já a habilidade EM13CNT308 é contemplada ao encorajar a reflexão sobre como as propriedades químicas dos materiais podem influenciar os resultados da impressão 3D, favorecendo a análise crítica e o uso responsável da Ciência no cotidiano.

Possibilidades e alternativas para a avaliação

A Unidade explora conceitos teóricos da Química relacionados aos modelos atômicos e às ligações químicas. Como prática avaliativa, propor aos estudantes a realização das atividades apresentadas nos boxes Formação cidadã, que podem ser discutidas em grupo com os demais estudantes da turma. As atividades propostas ao final de cada tema podem ser utilizadas para verificar se os estudantes conseguiram compreender e aplicar os conceitos abordados. Caso eles não consigam responder a alguma das atividades, reorganizar a explicação do conceito-base da atividade e apresentar aos estudantes. As seções Oficina científica também possibilitam uma forma avaliativa direcionada à elaboração de textos no formato de relatórios, contendo respostas às questões investigativas e a proposta de representação gráfica dos conceitos apresentados. No final de cada Unidade, na seção Organizando as ideias, há uma síntese dos principais conceitos trabalhados, que serve tanto para proporcionar uma visão geral dos assuntos abordados e possibilitar a elaboração de avaliações quanto para o estudante realizar uma auto avaliação e saber quais são os pontos relevantes desse aprendizado. O texto proposto ao final da seção pode ser utilizado para avaliar a aprendizagem e esclarecer dúvidas remanescentes após o fechamento da Unidade. Constitui-se, igualmente, como um roteiro de estudo antes de iniciar os próximos Temas.

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Unidade 3 Quantificando a matéria Síntese da Unidade BNCC • Competências gerais: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 e 10. • Competências específicas de Ciências da Natureza e suas Tecnologias: 1, 2 e 3. • Habilidades de Ciências da Natureza e suas Tecnologias: EM13CNT101, EM13CNT102, EM13CNT103, EM13CNT104, EM13CNT105, EM13CNT201, EM13CNT202, EM13CNT203, EM13CNT205, EM13CNT206, EM13CNT207, EM13CNT301, EM13CNT302, EM13CNT306, EM13CNT307 e EM13CNT309. Temas Contemporâneos Transversais • Cidadania e Civismo. • Ciência e Tecnologia. • Meio Ambiente. • Saúde. Conteúdos • Quantidade de matéria. • Gases. • Aspectos qualitativos em reações químicas. • Estequiometria. • Dispersões. • Soluções e propriedades coligativas.

Objetivos da Unidade • Compreender a importância do processo de medição para a Química. • Aplicar as grandezas de medida características da Química em situações-problema. • Utilizar as transformações gasosas para explicar o comportamento dos gases em função das variáveis: pressão, temperatura e volume. • Relacionar as transformações gasosas com a interferência humana na atmosfera terrestre. • Analisar as reações químicas com base em seus aspectos qualitativos. • Identificar evidências da ocorrência de uma transformação química. • Representar reações químicas adequadamente. • Aplicar cálculos estequiométricos em situações-problema do cotidiano. • Classificar dispersões corretamente. • Compreender o conceito de soluções e relacioná-lo com diversas situações cotidianas que envolvem a alimentação. • Reconhecer os perigos do consumo exagerado de bebidas e outros alimentos industrializados. • Conhecer as propriedades coligativas.

Orientações gerais A Unidade 3 explora conceitos científicos relacionados ao estudo dos gases e das soluções. Ela apresenta uma abordagem que possibilita a compreensão da importância da quantificação da matéria para o desenvolvimento da Química.

Os padrões de medida característicos da Química são apresentados de forma contextualizada e com o uso de diversos exemplos de dados dos elementos químicos e das substâncias, ampliando o vocabulário científico dos estudantes. A ideia de massa (ou peso) relativa surge com Dalton e ganha força com o trabalho de Avogadro, que possibilita o desenvolvimento de conceitos como quantidade de matéria e sua unidade de medida, o mol. Esses conceitos básicos são frutos de debates na busca por uniformização, como relata a história da Química. Além disso, os cálculos envolvendo as unidades de medida características da Química são exemplificados passo a passo, permitindo o acompanhamento de cada etapa das operações apresentadas. A Unidade 3 é finalizada com a seção Integrando com…, que contextualiza o conceito de soluções com a bebida industrializada refrigerante. A seção apresenta uma abordagem direcionada para a conscientização sobre o consumo dessa e de outras bebidas industrializadas ricas em substâncias que podem prejudicar a saúde.

Abertura de Unidade

O título da Unidade destaca o principal tópico a ser trabalhado nos próximos Temas: a quantificação da matéria. O texto inicial aborda antigas unidades de medida utilizadas pelo ser humano que ainda são usadas no cotidiano, trazendo algumas delas para o contexto científico, como o pé, uma unidade de medida ainda muito utilizada na aviação e que pode ser reconhecida por alguns estudantes. Com base no texto e na imagem da abertura de Unidade, convém enfatizar a necessidade de criação de unidades de medida mais precisas. A determinação do tamanho do vírus mostrado na imagem, por exemplo, poderia ser interpretada de forma equivocada se não fossem utilizadas unidades com um padrão de medida preciso. Com esse diálogo, demonstrar que foi preciso estabelecer padrões de medida específicos da Química para investigar a quantificação da matéria, principal assunto da Unidade 3.

Tema 13 – Medindo a matéria

As grandezas e as unidades de medida apresentadas no Tema 13 são características das Ciências da Natureza e suas Tecnologias, sendo utilizadas em diversas situações por quem necessita realizar medições relacionadas à quantidade de matéria. A abordagem pedagógica das grandezas e unidades segue um processo que visa à sua apresentação, definição e aplicação. Esse processo permite o acompanhamento da construção do conhecimento dos estudantes e ajuda a identificar em que etapa os estudantes têm mais dúvidas e em qual delas apresentam mais facilidade de compreensão. Explorar a imagem presente no início do Tema 13, que ilustra uma balança representada em uma pintura egípcia, valoriza o conhecimento historicamente construído e manifestações artísticas e culturais, mobilizando, assim, as competências gerais 1 e 3. Compreender o conceito de massa atômica e molecular e suas respectivas unidades e representações promovem a competência geral 4, além da habilidade EM13CNT101, dialogando, assim, com o TCT Ciência e Tecnologia.

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Medindo quantidades de substâncias

Investigar se os estudantes reconhecem a importância das medições de quantidades de substâncias no cotidiano é o ponto de partida para os estudos propostos no subtema. Dessa maneira, convém questionar sobre a relevância dessas medidas no cotidiano dos estudantes. O percurso histórico apresentado é uma forma de contextualizar e valorizar os conhecimentos basilares das teorias modernas.

Massa atômica e massa molecular

A noção de que os químicos lidam com quantidades muito pequenas já deve ser de conhecimento dos estudantes. Desse modo, a questão do boxe Reflita pode proporcionar uma discussão interessante para introduzir o subtema e ajudar os estudantes a perceber a importância de conhecer a massa de um átomo. É também uma oportunidade de retomar o conceito de que os átomos de diferentes elementos possuem massas diferentes. É importante enfatizar os exemplos de massa atômica relativa e massa molecular que foram apresentados. Caso necessário, indicar outros exemplos. As atividades do Tema 13 trazem mais exemplos que podem ser explorados com os estudantes.

Quantidade de matéria

Para apresentar o conceito da grandeza quantidade de matéria, questionar os estudantes sobre outras grandezas que eles conhecem e suas respectivas unidades de medida. Esse exercício permite construir uma relação entre grandezas e unidades de medida conhecidas com quantidade de matéria e a unidade mol. Explorar os exemplos indicados para demonstrar como é realizado o cálculo da massa molar. A consulta à tabela periódica pode ser retomada durante a apresentação dos exemplos. A animação proposta no boxe Espaços de aprendizagem pode ser utilizada para ajudar os estudantes a compreender acerca da magnitude da unidade mol. Já o boxe Algo A+: Como identificar moléculas pela massa pode ser utilizado para apresentar aos estudantes uma técnica importante utilizada em diversos ramos profissionais da Química, a espectrometria de massa, propiciando conversas sobre o mundo do trabalho.

Sugestão de leitura • Mol: uma nova terminologia Texto publicado na revista Química Nova na Escola que destaca o conceito da grandeza quantidade de matéria e sua unidade de medida, o mol. SILVA, Roberto Ribeiro da; ROCHA-FILHO, Romeu C. Mol: uma nova terminologia. Química Nova na Escola, [s. l.], n. 1, p. 12-14, maio 1995. Disponível em: http://qnesc.sbq. org.br/online/qnesc01/atual.pdf. Acesso em: 5 nov. 2024.

Tema 14 – Compreendendo os gases

O estudo dos gases foi fundamental para o desenvolvimento da Química. Por ser constituído por partículas com interações muito mais fracas do que entre os constituintes dos sólidos e líquidos, é mais fácil entender seu comportamento. Esta obra opta por apresentar a abundância de outras substâncias gasosas na atmosfera além do nitrogênio molecular e do oxigênio molecular. Isso é importante para que se tenha

uma percepção mais precisa dos gases geralmente apresentados como “outros gases” em textos teóricos que abordam esse conceito. O Tema aborda os estudos iniciais sobre os gases por meio de um resumo da evolução teórica e experimental desenvolvida pelos principais cientistas, apresentando, assim, as leis que surgiram desses estudos. As equações matemáticas que descrevem as leis propostas são sempre acompanhadas de um texto que explica a construção científica dessa representação matemática. Observam-se também os tipos de transformação gasosa por meio de imagens que os representam. O Tema finaliza com propostas contextualizadas sobre o conceito de umidade relativa do ar e questões sobre a interferência humana na atmosfera terrestre. A competência geral 1 e a habilidade EM13CNT201 são trabalhadas ao longo da narrativa histórica sobre o início dos estudos com os gases, bem como nos estudos sobre camada de ozônio e efeito estufa. A realização da atividade experimental sobre a lei de Boyle proporciona a interpretação de resultados a partir da análise de variáveis termodinâmicas, promovendo as competências gerais 2 e 4 e as habilidades EM13CNT101, EM13CNT102, EM13CNT205, EM13CNT301. O entendimento dos fatores que influenciam na umidade relativa do ar, como o clima, a vegetação e a proximidade com o mar, mobilizam as habilidades EM13CNT203 e EM13CNT206. Além disso, ao abordar o efeito estufa e a camada de ozônio, por exemplo, discutindo-se seu papel na manutenção da vida na Terra, ocorre a promoção da competência geral 10 e das habilidades EM13CNT104, EM13CNT105, EM13CNT202, EM13CNT306, EM13CNT307 e EM13CNT309. O trabalho com o impacto dos CFCs na camada ozônio mobiliza a competências gerais 5 e 7 e a habilidade EM13CNT103. Consequentemente, trabalha-se também as competências específicas 1, 2 e 3, bem como os TCTs Meio Ambiente e Saúde.

O início do estudo dos gases

Com a proposta de apresentar que o conhecimento é um construto humano, o subtema inicia com as primeiras investigações e proposições científicas sobre os gases. Para identificar e ampliar o vocabulário científico dos estudantes, convém investigar que outros gases, além daqueles que compõem a atmosfera terrestre, eles conhecem.

As transformações gasosas

Após destacar a importância do estudo dos gases, é indicado um caminho para a análise das transformações gasosas, no qual cada lei proposta por determinado cientista é explicada e ilustrada. Desses estudos surgem as leis dos gases que recebem os nomes dos principais cientistas envolvidos: a lei de Boyle, a primeira e segunda leis de Charles e Gay-Lussac e a lei geral dos gases. Essas leis levam ao desenvolvimento da teoria cinética dos gases. Para ampliar o entendimento sobre a lei de Boyle e verificar a relação entre pressão e volume experimentalmente, é interessante realizar a proposta da seção Oficina científica: Verificando a lei de Boyle. Orientar os estudantes a anotarem os valores de massa do objeto e de volume de ar no cilindro ao longo da realização da atividade para que a elaboração da representação gráfica ocorra de modo mais preciso ao final da atividade. Explorar o boxe Algo A+: Quem formulou a “lei de Charles”? é uma oportunidade de expandir os conhecimentos dos

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estudantes sobre o desenvolvimento da Ciência. Uma forma interessante de motivá-los a discutir é pedir que comparem as ferramentas disponíveis atualmente para a comunicação entre cientistas e as da época de formulação dessa lei. É importante enfatizar o percurso construído para a apresentação dos conceitos: a leitura dos textos explicativos sobre cada uma das leis que descrevem as transformações gasosas, seguidas das representações gráficas e do passo a passo das expressões matemáticas que as descrevem. O filme Os Aeronautas (2019) pode enriquecer o conteúdo sobre os estudos de gases e atmosfera. A obra dramatiza a jornada do cientista James Glaisher, meteorologista britânico do século XIX e pioneiro em estudos atmosféricos, acompanhado por Amelia Wren (personagem fictícia) em uma expedição de balão, destinada ao registro de dados atmosféricos de grandes altitudes. O enredo ilustra bem os desafios e o entusiasmo dos cientistas da época, em relação à investigação de fenômenos atmosféricos e de expansão de gases, abordados por Charles e Gay-Lussac.

Atividades extras • Simulando as transformações gasosas Apresentar aos estudantes o simulador, disponível em: https://phet.colorado.edu/sims/html/gas-properties/ latest/gas-properties_all.html?locale=pt_BR (acesso em: 5 nov. 2024), e pedir a eles que escolham a opção “Ideal” para estudar o comportamento dos gases ideais. No simulador, será preciso marcar como constante a temperatura, variar o volume e anotar os valores da pressão para cada novo valor do volume. Os dados coletados deverão ser organizados em uma tabela. Esse procedimento deverá ser repetido mantendo as outras grandezas constantes (pressão e volume). Com base nos dados, os estudantes poderão verificar a proporcionalidade entre as duas grandezas. • Experienciando a transformação isobárica O experimento consiste na verificação da transformação isobárica, em que a pressão é mantida constante, e ocorre a variação da temperatura e, por consequência, a variação do volume. Materiais: uma garrafa PET, uma bexiga, água quente e água fria. Procedimentos: prenda a bexiga na boca da garrafa PET. Em seguida, coloque a garrafa dentro da água quente e observe o que ocorre com a bexiga. Depois, coloque a garrafa dentro da água fria e observe. O experimento pode ser realizado pelos estudantes ou como um experimento demonstrativo. Em ambos os casos, solicitar aos estudantes que expliquem o fenômeno observado em um parágrafo no caderno e construam a representação gráfica da transformação gasosa observada.

Umidade relativa do ar

Compreender as leis e teorias sobre o estado gasoso permite que os estudantes as relacionem com situações vivenciadas no cotidiano. Assim, apresentar o conceito de umidade relativa do ar é uma forma de contextualizar os conceitos. Cabe destacar que, dependendo da região do Brasil, a umidade relativa do ar pode ser muito elevada ou muito baixa. Pedir aos estudantes que respondam à pergunta do boxe Reflita, objetivando relacionar a percepção de tempo seco ou abafado com a umidade relativa do ar. Se possível, solicitar aos

estudantes que assistam aos vídeos propostos no boxe Espaços de aprendizagem e organizar uma oficina em sala de aula para que eles se reúnam em grupo e tentem construir um umidificador de ar seguindo as instruções do vídeo.

A interferência humana na atmosfera terrestre

Estudar a atmosfera, relacionando os conceitos químicos sobre os gases com os impactos antrópicos, é relevante e necessário. Pode-se aprofundar a discussão, em conjunto com o componente Geografia, discutindo a influência da urbanização nesses impactos. Retomar a composição química da atmosfera terrestre, destacando a sua importância para a vida no planeta. Investigue se os estudantes já experienciaram alguma situação que representasse um impacto ambiental relacionado com a poluição atmosférica. É importante diferenciar o conceito de efeito estufa do conceito de aquecimento global. Ao estudar a atmosfera, há a necessidade de discutir como a humanidade interfere em suas propriedades e composição. Para isso, pode-se planejar uma aula com o professor do componente curricular Biologia para explorar e analisar a importância da camada de ozônio, o efeito estufa e a poluição atmosférica e suas consequências. O texto proposto na seção Formação cidadã: Protegendo a camada de ozônio trata do aspecto histórico do uso dos clorofluorcarbonetos (CFCs) e dos impactos causados na camada de ozônio. Muitas obras de ensino de Ciências e ensino de Química trazem textos sobre os efeitos dos CFCs na camada de ozônio, pois esse é um assunto importante. No presente livro, além disso, há também uma narrativa acerca da descoberta científica dos CFCs, que inicialmente foram considerados benéficos para a sociedade. A indústria apresentou os clorofluorcarbonetos como uma descoberta que solucionava diversos problemas, mas, anos depois, os malefícios que essa classe de compostos causava foram identificados. O boxe Espaços de aprendizagem, na sequência, traz sugestões de materiais que podem ser utilizados para ampliar essa discussão.

Sugestão de leitura • Proteção invisível: o papel da atmosfera na Terra O texto traz uma explicação sobre a atmosfera, apresentando suas camadas. PROTEÇÃO invisível: o papel da atmosfera na Terra. [Belo Horizonte]: Espaço do Conhecimento UFMG, 21 abr. 2020. Disponível em: https://www.ufmg.br/espa codoconhecimento/papel-da-atmosfera/. Acesso em: 11 nov. 2024.

Tema 15 – Aspectos qualitativos em reações químicas

A quantificação da matéria é uma ação corriqueira para todos que pesquisam a Química. No entanto, a identificação da ocorrência de uma reação química, ou seja, identificar se um material ou uma substância reagiu, em muitas situações, pode resultar da observação de fatores específicos, sem a necessidade da quantificação. Neste Tema, serão apresentados aspectos qualitativos, como o tempo de reação e a espontaneidade de uma reação.

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Serão abordados também aspectos que permitem a identificação da ocorrência de uma reação, como, por exemplo, a liberação de gás e a variação de temperatura. A competência geral 2 e os TCTs Meio Ambiente e Ciência e Tecnologia são trabalhados durante a discussão sobre os impactos ambientais e estruturais da ferrugem, pois os estudantes podem exercitar a curiosidade intelectual, a partir de situações-problema, por exemplo, a que ocasionou o acidente do navio Erika, e como a Química pode auxiliar na prevenção. Já as habilidades EM13CNT101, EM13CNT104 e EM13CNT307 são trabalhadas ao longo de todo o Tema, que utiliza a linguagem específica da Química para classificar e analisar as transformações, com exemplos em diferentes contextos. Consequentemente, trabalha-se também a competência específica 1.

Classificando as reações químicas

Iniciar o subtema apresentando a pergunta do boxe Reflita. Desse modo, as descrições sobre a queima de uma folha de papel podem indicar algumas das classificações apresentadas na obra. Indagar os estudantes a respeito das características da reação, como a rapidez da queima do papel, se eles acham lenta ou rápida, e se a queima do papel possui alguma evidência característica, ou seja, se libera gás ou energia. Utilizar o texto presente no boxe Algo A+: O naufrágio do Erika para demonstrar as reações espontâneas. O exemplo do processo de ferrugem que enfraqueceu componentes metálicos do navio pode ser contextualizado para os estudantes, pois é possível que eles já tenham observado alguma reação de oxidação de metais. Identificar os impactos ambientais causados pelo naufrágio e os processos tecnológicos que podem impedir futuros acidentes.

Evidências de reações químicas

Utilizar o texto e as imagens para explicar e representar as evidências de uma reação química. Perguntar aos estudantes se eles já perceberam, em alguma situação específica, algumas das evidências apresentadas no texto. É possível que eles indiquem o processo de cocção dos alimentos ou alguma cena de filme ou seriado que já tenham assistido. O conteúdo do boxe Algo A+: Tratamento de piscinas pode ser utilizado nessa discussão.

Sugestão de leitura • Reações Químicas: fenômeno, transformação e representação O texto aborda algumas falhas conceituais apresentadas sobre a classificação de fenômenos químicos e físicos e a relação direta com a representação científica das reações químicas. LOPES, Alice Ribeiro Casimiro. Reações químicas: fenômeno, transformação e representação. Química Nova na Escola, [s. l.], n. 2, p. 7-9, nov. 1995. Disponível em: http:// qnesc.sbq.org.br/online/qnesc02/conceito.pdf. Acesso em: 11 nov. 2024.

Tema 16 – Aspectos quantitativos das reações químicas

A análise das reações químicas e, consequentemente, de suas relações estequiométricas, é fundamental para a boa compreensão da Química. Para iniciar esse estudo, apresenta-se uma imagem da decolagem de um ônibus espacial, indicando a importância da precisão dos cálculos realizados e da comunicação por meio da linguagem científica.

O Tema traz uma abordagem voltada à prática dos cálculos estequiométricos, com a utilização de exemplos que demonstram os possíveis usos da estequiometria, de modo a trabalhar a habilidade EM13CNT101. A discussão sobre o processo de extração da hematita mobiliza a habilidade EM13CNT307 e o TCT Ciência e Tecnologia. A partir da discussão sobre o uso de antibióticos, são propostas atividades que relacionam ações individuais às consequências coletivas, como o uso indiscriminado de antibióticos, bem como os riscos desse comportamento à saúde física, mobilizando, assim, as habilidades EM13CNT104, EM13CNT207, EM13CNT301 e EM13CNT306, as competências gerais 8 e 10 e os TCTs Saúde e Cidadania e Civismo. Consequentemente, trabalha-se também as competências específicas 1 e 3.

Representação das reações químicas

A introdução do subtema pode ser feita por meio da apresentação de algumas equações químicas que representam reações químicas conhecidas pelos estudantes. Apresentar a pergunta do boxe Reflita sobre a importância das equações químicas para a Química. Se necessário, pode-se fazer referência aos componentes curriculares de Matemática e Física, associando a suas equações e fórmulas específicas. Por meio desse assunto, propõe-se o entendimento de como as reações químicas acontecem e como representá-las por meio de equações químicas. Na sequência, é possível explorar o balanceamento de equações químicas, entendendo seus conceitos e dinâmicas.

Estequiometria

Apresentar uma equação química não balanceada e pedir aos estudantes que a observem. Recordar a lei de Lavoisier e, em seguida, questionar se essa lei está sendo cumprida na equação apresentada. Como sugestão, pode ser apresentada a equação de formação da água: H2(g) + O2(g) H H2O(l) Essa introdução é necessária para que se observe a quantidade de átomos de cada elemento químico presente nos reagentes e nos produtos. Com a constatação de que esses valores não são iguais no exemplo apresentado, é possível iniciar o conceito de balanceamento químico. As diferentes representações das equações químicas que estão presentes no livro auxiliam na compreensão da organização do balanceamento químico. Uma discussão importante acerca dos cálculos estequiométricos é a possibilidade de calcular o rendimento e o reagente limitante de reações químicas, por exemplo. Além de agregar saberes a respeito da transformação de materiais do cotidiano, compreendendo esses conceitos, os estudantes podem entender melhor a otimização dos processos químicos na indústria. O boxe Algo A+: Otimização de resultados em processos pode ser abordado nessa discussão. A seção Formação cidadã: Antibióticos e reagentes limitantes apresenta um assunto relevante: o uso de antibióticos para combater infecções bacterianas. Ao tratar do assunto, é importante desincentivar a automedicação. Lembrar os estudantes de que o uso desse tipo de medicamento deve ocorrer apenas sob indicação médica, seguindo a prescrição rigorosamente. Para responder às atividades propostas na seção, é possível propor uma aula em conjunto com o professor do componente curricular Biologia, aprofundando a discussão.

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Atividade extra

Estequiometria em uma reação com comprimido efervescente A atividade consiste na realização do experimento, na proposição de uma discussão de forma coletiva com os estudantes e na realização de cálculos, de forma individual ou em grupo. Para realizar o experimento, é essencial que haja ao menos uma balança disponível. • Materiais e reagentes: balança, um copo de vidro, água e um comprimido efervescente. • Procedimentos: adicionar um pouco de água no copo; colocá-lo sobre a balança e anotar o valor indicado; colocar apenas o comprimido sobre a balança e anotar o valor indicado; recolocar o copo com água sobre a balança, ao lado do comprimido; adicionar o comprimido na água e verificar o que acontece com a massa do sistema, registrando os valores de 15 em 15 segundos. • Discussões: questionar os estudantes sobre o motivo da diminuição da massa do sistema e, coletivamente, compor a equação não balanceada da reação que ocorre; solicitar que eles balanceiem a equação e utilizem os valores anotados para calcular o rendimento da reação e compor um gráfico de redução da massa em função do tempo, em grupos ou individualmente.

Tema 17 – Materiais homogêneos

O Tema apresenta um estudo detalhado dos materiais homogêneos. Retomar com os estudantes os conceitos de materiais homogêneos e materiais heterogêneos. A fotografia que abre o Tema pode ser utilizada para demonstrar o resultado da transformação de um material homogêneo (água e sal) em um material heterogêneo (evaporação de parte da água), evidenciando-se a presença de precitado. O texto aborda a classificação dos materiais homogêneos por meio de modelos explicativos e ilustrados por imagens elaboradas para esse fim, além de incorporar conceitos físicos que são utilizados para explicar algumas diferenças entre as classificações apresentadas. Os textos apresentados nos boxes Algo A+ relacionam os conceitos apresentados com situações do cotidiano dos estudantes. Ao explorar as ações corretas dos motoristas ao dirigir sob neblina, a obra fornece aos estudantes ferramentas para reduzir os riscos de acidentes nas estradas, mesmo quando eles não são quem está conduzindo o veículo; essa abordagem contempla o TCT Cidadania e Civismo, bem como as habilidades EM13CNT207 e EM13CNT306 e as competências gerais 8 e 10. O texto sobre a explicação de como ocorre a ação dos sabões e detergentes no processo da remoção da sujeira mobiliza as habilidades EM13CNT101 e EM13CNT307 e o TCT Ciência e Tecnologia. Consequentemente, trabalha-se também a competência específica 3.

Dispersões

Para abordar o subtema, apresentar a pergunta do boxe Reflita para que os estudantes exemplifiquem materiais homogêneos, como o vinagre, e materiais heterogêneos, como o conjunto água e óleo. Esse momento é importante para o levantamento do conhecimento prévio. Além do exemplo do soro fisiológico como solução, é possível usar outros exemplos para demonstrar o conceito de solução e iniciar os estudos sobre dispersão.

Se possível, reproduzir o efeito Tyndall ou apresentar o vídeo do boxe Espaços de aprendizagem. Incentivar a leitura do boxe Algo A+: Sob neblina, use a luz baixa, que contextualiza os conceitos apresentados, agregando conhecimentos sobre ações de segurança ao dirigir sob a neblina.

Atividade extra Reproduzindo o efeito Tyndall Para reproduzir o efeito Tyndall, é preciso uma fonte de luz, que pode ser um apontador laser ou uma lanterna. • Materiais: água, leite, copo transparente e uma fonte de luz. • Procedimentos: posicionar os dois copos transparentes um em frente ao outro; adicionar água nos dois copos; no segundo, adicionar algumas gotas de leite e misturar bem; direcionar o feixe de luz e observar. É possível tornar a atividade mais investigava fornecendo apenas os materiais aos estudantes e solicitando que os procedimentos sejam construídos por eles. Pode-se utilizar a questão norteadora “com esses materiais, como vocês fariam para reproduzir o efeito Tyndall?”, por exemplo.

Soluções

O conceito de soluções pode ser explorado com base em exemplos do cotidiano. Assim, iniciar com a pergunta do boxe Reflita sobre o que ocorre quando se adiciona pó de suco em excesso na água. Outros exemplos podem ser utilizados, como adicionar açúcar ao café. O boxe Espaços de aprendizagem sugere vídeos com curiosidades sobre duas soluções, a água régia e a água do mar. Se possível, solicitar aos estudantes que assistam ao conteúdo e discutam o que aprenderam. A importante relação entre a polaridade das moléculas e a solubilidade é abordada no boxe Algo A+: Polaridade e solubilidade, que pode ser utilizado para aprofundar o entendimento dos estudantes acerca desses conceitos. Na sequência, apresentar os conceitos de soluções e de solução saturada. É importante utilizar as representações como uma forma de ilustrar os conceitos abordados. O vídeo do boxe Espaços de aprendizagem sobre o processo de cristalização pode ser utilizado para apresentar uma solução supersaturada aos estudantes. Isso pode ocorrer antes da apresentação do conceito, como forma de instigá-los a investigar o que acontece, ou depois, como forma de demonstrar o conceito aprendido, ou, ainda, em ambos os momentos, propiciando uma oportunidade de revisão das hipóteses levantadas no momento de investigação.

Tema 18 – Concentração das soluções e propriedades coligativas

Para aprofundar o estudo das soluções, é fundamental entender o conceito de solubilidade e as diferentes formas de expressar suas concentrações, principalmente em massa por volume e em quantidade de matéria por volume. O Tema apresenta os conceitos e cálculos de concentrações e diluições de soluções e suas propriedades coligativas, contextualizando-os por meio de exemplos, além de explorar as expressões matemáticas que descrevem cada um dos subtemas apresentados. Explorar diversas bebidas em termos de quantidade de fruta, representação da graduação alcoólica e li-

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mite regulamentado de chumbo, além das propriedades coligativas do leite e sua relação com a qualidade do produto, a fim de relacionar conceitos químicos à comportamentos de segurança que visem a promoção da saúde física, mobiliza as competências gerais 2, 4, 8 e 10, os TCTs Cidadania e Civismo e Saúde e as habilidades EM13CNT101, EM13CNT104, EM13CNT207, EM13CNT306 e EM13CNT307. Além disso, a pesquisa a respeito das agências de fiscalização que é solicitada aos estudantes possibilita que eles tenham contato com uma das áreas de atuação da pessoa formada em Química no mundo do trabalho, o controle de qualidade, mobilizando, assim, a competência geral 6. Consequentemente, trabalha-se também as competências específicas 1 e 3.

O conceito de concentração

O estudo do conceito de concentração e seu uso no cotidiano, especialmente na alimentação por meio dos sucos naturais e de bebidas industrializadas, é explorado no Tema. A análise do texto sobre os tipos de bebida fornece uma ideia inicial sobre a quantidade de suco da fruta presente na quantidade total da bebida. Esse contexto inicial permite compreender o conceito de concentração por meio dos tipos de bebidas industrializadas. Em sala de aula, convém comparar a porcentagem de suco da fruta em dois tipos de bebidas diferentes, por exemplo, o néctar e o refresco. Os boxes Algo A+: Graduação alcoólica e Legislação brasileira sobre o limite de chumbo em bebidas podem ser utilizados para contextualizar as fórmulas e os conceitos apresentados, auxiliando, assim, a compreensão dos estudantes.

Diluição

Para continuar com a proposta de contextualizar os conceitos apresentados por meio de exemplos de bebidas produzidas, apresentar o questionamento do boxe Reflita aos estudantes. Explorar a adição de mais água em uma bebida já considerada no sabor ideal possibilita abordar o conceito de diluição. Destacar também o processo contrário, em que a retirada de parte da água (via evaporação, por exemplo) torna a solução mais concentrada.

Propriedades coligativas

Apresentar a pergunta que consta no boxe Reflita. A indicação de que pode ter ocorrido um aumento de temperatura da solução pode ser uma das respostas dos estudantes, mas, caso não ocorra, convém apresentá-la para a turma. Explorar as imagens que ilustram os fenômenos e as representações gráficas. Tanto o boxe Algo A+: Efeito crioscópico na produção de sorvetes quanto a indicação presente no boxe Espaços de aprendizagem podem ser utilizados para contextualizar algumas das propriedades coligativas. O texto da seção Formação cidadã: Como as propriedades coligativas do leite atestam sua qualidade? apresenta o uso da crioscopia no processo de controle de qualidade do leite, bem como algumas questões sobre os órgãos governamentais de fiscalização. Essa é uma boa oportunidade para dialogar com a turma sobre uma das áreas de atuação da pessoa formada em Química, o controle de qualidade. Pode-se, por exemplo, solicitar uma pesquisa adicional sobre essa área. Se pertinente, o conceito de osmose pode ser trabalhado em conjunto com o componente curricular Biologia.

Sugestão extra • Por que o sal derrete o gelo? Vídeo que ilustra o efeito da adição de sal ao gelo. POR que o sal derrete o gelo?. [S. l.: s. n.], 7 ago. 2021. 1 vídeo (2 min). Publicado pelo canal LACUT UFPA. Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=TxL vB3LtJe4. Acesso em: 11 nov. 2024.

Organizando as ideias

Integrando com Biologia

Como os refrigerantes afetam a saúde? O consumo excessivo de bebidas industrializadas pode causar diversos problemas de saúde devido à composição dessas bebidas com concentrações altas de substâncias com potencial maléfico. O texto propõe uma discussão importante sobre o consumo de refrigerantes e de outras bebidas que possuem um elevado teor de açúcares. Essa interdisciplinaridade com a Biologia possibilita identificar como o conceito de solução pode ser aplicado para compreender o teor de açúcar em um refrigerante específico, por exemplo, e relacioná-lo com a manutenção adequada da saúde física, contemplando assim os TCTs Saúde e Ciência e Tecnologia. O assunto sobre consumo de refrigerante, ou seja, a compreensão da influência de uma alimentação inadequada para a saúde do corpo humano, mobiliza as habilidades EM13CNT104 e EM13CNT207, pois os jovens são levados a avaliar os potenciais prejuízos dos refrigerantes para a saúde e identificar como o estilo de alimentação rápida e rica em açucares pode estar presente em seu cotidiano. As atividades propostas para esta seção fazem com que os estudantes interpretem resultados, elaborem hipóteses, estruturem textos científicos a partir de observações cotidianas e das propriedades dos materiais, e divulguem suas descobertas para os diferentes públicos, resultando, assim, na promoção das competências gerais 4, 5, 7 e 8 e das habilidade EM13CNT205, EM13CNT301, EM13CNT302, EM13CNT306 e EM13CNT307. Consequentemente, trabalha-se também as competências específicas 2 e 3.

Possibilidades e alternativas para a avaliação

A Unidade 3 aborda um tema central para a Química: a quanticação da matéria. Por meio das atividades apresentadas ao final de cada Tema, é possível identificar pontos de dúvidas e conceitos que os estudantes já compreenderam.

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Em alguns momentos de trabalho, é possível propor a realização de atividades em duplas ou grupo, por exemplo, no trabalho com as seções Formação cidadã. Outra ação interessante é solicitar que os estudantes elaborem perguntas sobre o tema que estão estudando e as troquem entre si, promovendo a autoavaliação sobre conceitos ainda não completamente compreendidos e incentivando o diálogo e a troca entre pares. No final de cada Unidade, na seção Organizando as ideias, há uma síntese dos principais conceitos trabalha-

dos, que serve tanto para proporcionar uma visão geral dos assuntos abordados e possibilitar a elaboração de avaliações quanto para o estudante realizar uma auto avaliação e saber quais são os pontos relevantes desse aprendizado. O texto proposto ao final da seção pode ser utilizado para avaliar a aprendizagem e esclarecer dúvidas remanescentes após o fechamento da Unidade. Constitui-se, igualmente, como um roteiro de estudo antes de iniciar os próximos Temas.

Unidade 4 Moléculas em movimento Síntese da Unidade BNCC • Competências gerais: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 e 10. • Competências específicas de Ciências da Natureza e suas Tecnologias: 1, 2 e 3. • Habilidades de Ciências da Natureza e suas Tecnologias: EM13CNT101, EM13CNT102, EM13CNT104, EM13CNT201, EM13CNT202, EM13CNT205, EM13CNT206, EM13CNT301, EM13CNT303, EM13CNT306 e EM13CNT307. Temas Contemporâneos Transversais • Ciência e Tecnologia. • Economia. • Meio Ambiente. • Saúde. Conteúdos • Termoquímica. • Cinética. • Catálise. • Equilíbrios químicos.

Objetivos da Unidade • Utilizar os conceitos de transformação exotérmica e endotérmica para explicar fenômenos observados no cotidiano. • Analisar diferentes materiais e suas respectivas capacidades térmicas específicas. • Compreender valores e representações gráficas derivados de cálculos matemáticos para a determinação da quantidade de energia envolvida nos processos químicos. • Compreender as teorias que descrevem a ocorrência de transformações químicas. • Utilizar os fatores que interferem na rapidez de uma reação para justificar a escolha de um processo químico mais adequado. • Relacionar o conceito de catálise à energia e à rapidez das reações químicas. • Compreender a natureza da reversibilidade das reações químicas. • Verificar fatores que influenciam um equilíbrio químico. • Aplicar os conceitos de equilíbrio químico em reações de ácido e base.

• Reconhecer a importância do equilíbrio químico para o bom funcionamento do corpo humano.

Orientações gerais O título da Unidade 4 oferece uma oportunidade de análise que pode ser construída com os estudantes de forma diferenciada. Pensar no comportamento das moléculas quando elas estão em movimento é uma abordagem importante para compreender a dinâmica das reações químicas. A relação entre Química e energia é apresentada de forma contextualizada e relacionada, entre outros exemplos, com a alimentação. São apontadas também algumas concepções comuns equivocadas, como, por exemplo, a ideia de que agasalhos e cobertores esquentam, que são analisadas de forma científica com ênfase na descrição de como ocorrem as trocas de calor. O texto teórico apresenta elementos estruturantes para a compreensão das leis da Termodinâmica e das energias envolvidas em uma reação química, possibilitando a previsão, a partir de dados teóricos, da ocorrência de uma reação química e da quantidade de energia liberada em forma de calor. A rapidez de uma reação química é importante para os processos industriais, e a compreensão desse conceito, juntamente com o de catálise e o de equilíbrio químico, proporciona a assimilação de fatos históricos envolvendo processos de produção de substâncias químicas que mudaram a realidade econômica de muitos países. Um exemplo interessante é abordado na seção Formação cidadã do Tema 24 que aborda o equilíbrio químico na formação da amônia. Esta Unidade é finalizada com um texto que aborda um exemplo de equilíbrio químico no organismo humano em uma abordagem interdisciplinar envolvendo Química, Biologia e Matemática.

Abertura de Unidade

A abertura da Unidade 4 apresenta a reação de combustão da sacarose em procedimento realizado utilizando tubo de ensaio em laboratório. Dialogar com os estudantes para investigar se eles já tiveram contato com a combustão da sacarose em contexto diferente do que foi apresentado, por exemplo, em receitas culinárias. Questionar os estudantes sobre o que vai ocorrer com a sacarose após certo tempo de exposição à chama. Caso necessário, apresentar algumas possibilidades, como a mudança de cor e a liberação de odor de açúcar queimado.

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Esse percurso é importante para iniciar a construção de uma relação entre Química e energia. Desse modo, essa abordagem pedagógica possibilita a promoção da competência geral 2, ao solicitar que os estudantes analisem e reflitam sobre o papel da energia na ocorrência das transformações físicas e químicas, e das habilidades EM13CNT101, ao propor a análise de transformações em sistemas que envolvem matéria e energia, EM13CNT205, ao propor interpretações de fenômenos naturais, e EM13CNT301, pois as interpretações compreendem o levantamento de hipóteses sob uma perspectiva científica.

Tema 19 – Química e energia

A relação da Química com a energia em forma de calor é explicada pela Termoquímica, um ramo da Termodinâmica. Para compreendê-la, é fundamental estudar os conceitos de calor, sistema e vizinhança. Esse estudo permite entender o que é calorimetria, os processos endotérmicos e exotérmicos, bem como o conceito de entalpia. A abordagem metodológica proposta para o Tema 19 mobiliza as competências gerais 1, ao utilizar conhecimentos de Termoquímica para explicar a realidade, 2, ao solicitar que os estudantes reflitam e analisem questões relacionadas ao conceito de calor, 4, por trabalhar textos, equações e gráficos, e 7, em atividades que promovem a argumentação com base nos conceitos estudados durante o Tema. Essa estratégia pedagógica está de acordo com os TCTs Saúde, ao discutir a relação entre o teor calórico dos alimentos e sua digestão, e Ciência e Tecnologia, ao abordar, por exemplo, o funcionamento de calorímetros, agasalhos e cobertores, promovendo as habilidades EM13CNT101, ao trabalhar o conceito calor de forma teórica e atrelado a situações cotidianas, EM13CNT102, ao propor previsões sobre o comportamento de sistemas térmicos, EM13CNT201, ao compreender que o fluxo de energia na forma de calor é essencial para analisar a evolução da Terra e do Universo, EM13CNT205 e EM13CNT301, em atividades que propõem a interpretação e a análise de resultados experimentais e fenômenos naturais por meio do levantamento de hipóteses e de interpretações, EM13CNT303, por meio da leitura do texto “A verdade sobre as calorias”, EM13CNT306 e EM13CNT307, ao relacionar conhecimentos de capacidade térmica específica às propriedades de materiais, avaliando seu uso, por exemplo, na confecção de cadeiras de praia. Consequentemente, trabalha-se também as competências específicas 1, 2 e 3.

Introdução à Termoquímica

Para além do texto principal, o conceito de energia em forma de calor é abordado neste subtema por meio de representações e de imagens que permitem compreender o fluxo de calor que ocorre em determinadas trocas de energia. Assim como muitas transformações químicas são utilizadas como fontes de energia, tantas outras consomem energia para a obtenção de substâncias e materiais específicos. Para dar início aos estudos, é importante explorar os modelos apresentados no subtema e os textos que abordam situações do dia a dia. A pergunta do boxe Reflita pode ser utilizada para levantar conhecimentos prévios dos estudantes, como introdução ao boxe Algo A+: Como funcionam agasalhos e cobertores?, que oferece uma explicação baseada em argumentos científicos a respeito de como agasalhos e cobertores funcionam. Esse momento pode servir para solicitar aos estudantes que pesquisem sobre a Campanha do Agasalho e, se possível, organizar uma campanha semelhante na escola.

Representação de transformações exotérmicas e endotérmicas

Associar as representações gráficas dos processos exotérmicos e endotérmicos aos processos de liberação e de absorção de energia e explorar os exemplos presentes na obra para contextualizar os estudantes. O boxe Espaços de aprendizagem que aborda o derretimento da geleira Thwaites pode ser utilizado nesse momento. Se necessário, retomar a diferença entre transformações físicas e transformações químicas. A imagem do sorvete frito, por se tratar de um prato atípico, pode ser explorada para cativar os estudantes e aumentar o interesse deles pelo Tema. Os gráficos apresentados no Livro do estudante são de processos genéricos, dessa forma, é importante construir gráficos com os estudantes de exemplos de transformações endotérmicas e exotérmicas. Os exemplos podem ser levantados pelos próprios estudantes. Com a seção Oficina científica: Reações químicas podem ser utilizadas para produzir calor?, é possível explorar mais as reações exotérmicas. É importante reforçar aos estudantes que não devem tocar a palha de aço enquanto a reação com o vinagre ocorre. As atividades sobre a prática experimental abrangem a investigação científica por meio dos fenômenos observados. Incentivar os estudantes a descrever o que observaram e a propor explicações. Esse experimento se torna mais significativo se for feito em duplas ou trios, pois proporciona a oportunidade de debate para a proposição das explicações.

Sugestão de leitura • Processos endotérmicos e exotérmicos: uma visão atômico-molecular Texto publicado na revista Química Nova na Escola que traz uma abordagem atômico-molecular para explicar as reações endotérmicas e exotérmicas. BARROS, Haroldo Lúcio de Castro. Processos endotérmicos e exotérmicos: uma visão atômico-molecular. Química Nova na Escola, v. 31, n. 4, p. 241-245, nov. 2009. Disponível em: http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc31 _4/04-CCD-7008.pdf. Acesso em: 8 nov. 2024.

Calorimetria

Utilizar o boxe Reflita para introduzir o tema. Questionar se os estudantes já repararam que há informações a respeito do valor calórico nos rótulos dos alimentos. Se possível, levar alguns rótulos para a sala de aula ou solicitar aos estudantes que o façam, a fim de que verifiquem a informação no rótulo. Determinar a quantidade de calor envolvida em um processo, seja ele físico ou químico, permite compreender como ocorrem as trocas de calor e como esses dados podem auxiliar no aperfeiçoamento do processo. Semelhantemente, conhecer o valor calórico dos alimentos possibilita um melhor acompanhamento nutricional, tanto para quem produz o alimento quanto para quem o consome. O texto teórico indica como é a representação matemática da quantidade de calor por meio de um exemplo envolvendo barra de chocolate. Se considerar necessário, apresentar outros exemplos para que os estudantes consigam acompanhar o desenvolvimento da abordagem matemática que explica a quantidade de calor. O boxe Algo A+: A verdade sobre as calorias traz um momento de interdisciplinaridade com o componente Biologia ao

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relacionar o valor calórico com a digestão dos alimentos. Se possível, leve diferentes rótulos de pães à sala de aula para que os estudantes possam compará-los. Para abordar a capacidade térmica específica, convém solicitar aos estudantes que recordem situações em que perceberam por conta própria a diferença entre dois materiais, por exemplo, ou se já presenciaram a situação da cadeira de praia descrita no Livro do estudante.

Sugestão extra • Determinação experimental do calor específico e da capacidade térmica O vídeo indicado apresenta um conjunto de práticas experimentais para a determinação do calor específico e da capacidade térmica, organizado pela Universidade Virtual do Estado de São Paulo (Univesp). Caso não haja os materiais à disposição, o vídeo pode ser apresentado de forma ilustrativa. PRÁTICAS para o ensino de física III: aula 06: calor específico e capacidade térmica. [S. l.: s. n.], 2018. 1 vídeo (19 min). Publicado pelo canal Univesp. Disponível em: https:// www.youtube.com/watch?v=U2YUQNCmHl8. Acesso em: 8 nov. 2024.

Atividades extras

Experienciando a calorimetria A atividade proposta consiste em um experimento para identificar a quantidade de calor necessária para que um material entre em combustão. Recomenda-se que o experimento seja realizado de forma demonstrativa, com a construção de um relatório descritivo pelos estudantes com base na observação. • Materiais necessários: uma vela, fósforos, dois balões e água. • Procedimentos: acender a vela e deixá-la fixa sobre uma mesa ou bancada. Em seguida, encher um dos balões com ar. Antes de aproximar o balão da chama da vela, perguntar aos estudantes o que vai ocorrer. Repetir o procedimento com o balão cheio de água. Para auxiliar na elaboração do relatório sobre o experimento, apresentar as atividades a seguir. 1.

Explique o motivo pelo qual o balão com ar estoura. O material do qual o balão é feito é sensível ao calor e se rompe por causa do aumento de temperatura. O ar dentro do balão é isolante térmico e sua absorção de calor é desprezível nesse cenário. Explique o motivo pelo qual o balão com água não estoura. A água absorve grande parte do calor, minimizando o aumento de temperatura do material que constitui o balão; logo, ele não se rompe.

Tema 20 – Entalpia e lei de Hess

O Tema apresenta o estudo da entalpia e da lei de Hess. Enfatizar que o desenvolvimento desses conceitos auxiliou no avanço das indústrias química e farmacêutica, pois, por meio deles, aprofundou-se o conhecimento acerca do controle do calor envolvido nas reações químicas. Esses conceitos são abordados no Tema por meio de uma proposta contextualizada, utilizando um texto que explora a entalpia na produção de alimentos, tabelas de dados da entalpia de formação de diversas substâncias químicas e

um passo a passo dos cálculos matemáticos para a determinação da variação da entalpia de uma reação química por meio da lei de Hess. A organização proposta para o Tema permite o trabalho com os TCTs Meio Ambiente e Ciência e Tecnologia, por exemplo, ao trabalhar a relação entre entalpia e a produção de alimentos, e promove as competências gerais 1, ao narrar o desenvolvimento histórico da lei de Hess, 4, ao utilizar textos científicos e equações matemáticas, e 7, ao exercitar a argumentação dos estudantes ao tratar da relação entre entalpia e produção de alimentos. A abordagem contextualizada mobiliza as habilidades EM13CNT101, ao trabalhar o conceito de entalpia e os cálculos associados à entalpia por meio da lei de Hess, EM13CNT102 e EM13CNT205, ao solicitar que os estudantes realizem cálculos e previsões sobre valores de entalpias em determinados processos, e EM13CNT206 e EM13CNT301, ao discutir e propor o levantamento de hipóteses sobre ações humanas na agricultura familiar. Consequentemente, trabalha-se também as competências específicas 1 e 2.

Entalpia

Para iniciar o subtema, pedir aos estudantes que, na aula anterior, pesquisem a origem da palavra entalpia. A origem da palavra é grega (enthalpo), em que en- significa “dentro” e thalpein significa “aquecer”. Destacar que a entalpia está relacionada com a energia interna de um sistema e apresentar a pergunta do boxe Reflita na página de abertura do Tema. Após as ponderações dos estudantes, indicar que o conhecimento da quantidade de energia gasta ou gerada por meio de uma reação química possibilita a escolha das melhores formas de condução da reação química. Reforçar que a entalpia é uma ferramenta matemática que fornece informações importantes sobre as transformações e questionar os estudantes a respeito da diferença entre o conceito de entalpia e o de calor. Antes de explorar o boxe Formação Cidadã: A entalpia e a produção de alimentos, questionar se algum estudante tem experiência com a produção de alimentos e incentivar a exposição das experiências pessoais relacionadas a isso. O texto do boxe relaciona a entalpia com a produção de alimentos por meio da criação de um microclima em áreas de sombreamento. É importante certificar-se de que os estudantes compreendem a diferença entre entalpia de formação e entalpia de ligação. Se necessário, comparar, na lousa, a mesma reação utilizando ambos os conceitos, por exemplo, a reação de formação da água a partir de gás hidrogênio e de gás oxigênio.

Lei de Hess

Para iniciar os estudos sobre a lei de Hess, é importante que os estudantes percebam os fundamentos dessa lei. Assim, apresentar a pergunta do boxe Reflita e, em seguida, seguir com a leitura do texto, apresentando a teoria como um percurso histórico. Explorar o conceito da lei de Hess destacando que, por meio de equações intermediárias, ela possibilita o cálculo da variação de entalpia de uma reação que não pode ser medida diretamente. Explicar que essa lei se baseia no fato de que a entalpia é uma função de estado, ou seja, sua variação independe do caminho seguido.

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Explorar os cálculos exemplificados no Livro do estudante para que os estudantes compreendam a aplicabilidade da lei de Hess em diferentes cenários, incluindo reações que ocorrem em várias etapas. Nas atividades, incentivar a comparação das respostas entre os estudantes.

Tema 21 – Cinética química

Uma estratégia para iniciar os estudos do Tema 21 é solicitar aos estudantes que classifiquem as reações químicas conhecidas por eles como rápidas ou lentas. Essa atividade pode ser realizada em discussão com toda a turma, utilizando a lousa, ou em pequenos grupos, utilizando o caderno, com posterior discussão com toda a turma. A imagem que abre o Tema mostra um assunto importante: a lenta degradação das obras de arte por meio de reações de oxidação, que nem sempre é relacionada à Química. Ela pode ser utilizada como ponto de partida para a atividade introdutória mencionada no parágrafo anterior. A proposta pedagógica para o Tema está baseada na leitura dos textos apresentados, no estudo das representações matemáticas e dos gráficos, na análise de imagens que relacionam os conceitos com situações cotidianas, na realização de uma atividade prática e na compreensão dos processos de conservação de alimentos. Desse modo, a proposta apresentada mobiliza as competências gerais 1, ao utilizar teorias historicamente construídas para explicar a rapidez de transformações químicas, 2, ao propor que os estudantes investiguem como a temperatura influencia na rapidez de decomposição de um comprimido efervescente, 4, ao explorar textos, gráficos e equações matemáticas, 5, ao incentivar pesquisas na internet, e 7, em atividades que solicitam aos estudantes argumentarem com base em fatos e dados, além de estar de acordo com os TCTs Saúde, ao abordar a conservação de alimentos, e Ciência e Tecnologia, ao explorar os mecanismos que regem a rapidez das transformações. O Tema mobiliza as habilidades EM13CNT101, ao analisar aspectos teóricos e aplicados da rapidez das transformações químicas, EM13CNT102, ao explorar o comportamento de uma transformação em diferentes temperaturas, EM13CNT104, ao avaliar o funcionamento dos conservantes alimentares, EM13CNT201, considerando que as teorias das colisões e do estado de transição são fundamentais para compreender as transformações químicas e, por extensão, a evolução da Terra e do Universo, EM13CNT205 e EM13CNT301, ao prever como alguns fatores influenciam a rapidez das transformações químicas, e EM13CNT306 e EM13CNT307, ao analisar os benefícios e os malefícios associados ao uso e ao consumo de conservantes alimentares. Consequentemente, trabalha-se também as competências específicas 1, 2 e 3.

Teoria das colisões

A abordagem deste subtema inicia pelo estudo dos gases, que leva à teoria das colisões, modelo desenvolvido para explicar o comportamento macroscópico dos gases a partir do comportamento microscópico de suas partículas atômico-moleculares. É importante levantar fazer um levantamento das percepções dos estudantes sobre como ocorrem as reações químicas em nível atômico-molecular. Enfatizar que deve ocorrer um determinado comportamento das moléculas e átomos de

forma a tornar possível a ocorrência da reação química. As ilustrações apresentadas no subtema possibilitam a compreensão dessas ideias iniciais.

Teoria do estado de transição

Para dar prosseguimento aos estudos, solicitar aos estudantes que respondam à pergunta do boxe Reflita, preferencialmente em duplas ou trios, para incentivar o debate. Reproduzir a imagem de colisões não efetivas e efetivas na lousa, certificando-se de que todos os estudantes a compreenderam. A teoria das colisões e a teoria do estado de transição são fundamentais para a compreensão sólida dos processos químicos, portanto, é recomendável dedicar certo tempo à sua explanação. As representações gráficas que representam uma reação exotérmica e uma reação endotérmica devem ser exploradas pelos estudantes de modo que compreendam as novas informações presentes nessas representações, isto é, a energia de ativação e o estado de transição.

O conceito de rapidez de reação

Iniciar o subtema questionando os estudantes sobre a diferença entre velocidade e rapidez. É importante destacar que esta obra não utiliza o termo velocidade, e sim rapidez, porque o primeiro é definido como distância percorrida por tempo, o que não acontece no caso dos processos químicos. Questionar aos estudantes como a rapidez pode ser medida. Em seguida, apresentar a equação de rapidez média. Solicitar a eles que analisem o gráfico correspondente à síntese da amônia. Propor uma discussão com a turma para que sejam levantadas características importantes, como o significado de cada eixo, o sentido e a inclinação das curvas. Antes de explorar os fatores que alteram a rapidez de uma reação, solicitar aos próprios estudantes que tentem propô-los. Em seguida, listar os fatores na lousa, explicando-os. Se possível, realizar a atividade prática proposta no boxe Oficina científica: Relógio de reação química, que proporciona a análise da influência da temperatura na rapidez de uma reação química. Ela pode ser feita em classe, de forma demonstrativa, ou pelos estudantes, em grupos, ou mesmo pode ser solicitada para que os estudantes a realizem em casa. Nesse último caso, é importante certificar-se de que todos os estudantes possuem os materiais necessários. O boxe Reflita pode ser retomado para introduzir o assunto explorado na seção Formação cidadã: Conservantes alimentares: retardando a degradação dos alimentos, que relaciona a cinética química com a conservação de alimentos por meio de agentes químicos. Para esse trabalho, relacionar todos os fatores estudados com os processos de degradação e de conservação dos alimentos. Discutir, em conjunto com os professores de Ciências Humanas e Sociais Aplicadas, a relação entre esses processos, as distâncias percorridas pelos alimentos comercializados e seu impacto econômico no Brasil e no mundo.

Atividades extras

Relógio de Iodo (Reação de Landolt) As reações relógio são reações químicas que demoram a apresentar indicadores visuais de ocorrência, como variação de cor. Na Reação de Landolt, conhecida como relógio de iodo, ocorre o aparecimento de uma coloração azul intensa após certo tempo. Para realizá-la, será preciso preparar as seguintes três soluções:

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Solução de vitamina C: 120 ml de água + pastilha de vitamina C. Dissolver bem a pastilha. Em seguida, colocar 2 a 3mL dessa mistura de vitamina C em 60 ml de água. 2) Solução de iodo: 60 ml de água + tintura de iodo. 3) Solução de água oxigenada: 50 ml água oxigenada + 2 colheres de mistura de amido. Para fazer a mistura de amido, ferver ½ colher (sopa) de amido de milho em 500 ml de água. Caso não seja possível preparar as soluções, há uma sugestão de materiais alternativos na sequência. Se não for possível realizar a experiência, recomenda-se o vídeo disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=xxiWtUAF6Sw (acesso em: 9 nov. 2024), em que há uma demonstração da reação ocorrendo de forma cronológica em função da concentração dos reagentes. Demonstrar o experimento para os estudantes e solicitar que pesquisem sobre outras transformações que podem ser classificadas como reações relógio. Pedir para que eles elaborem uma explicação para o fenômeno observado.

Sugestão extra • Materiais de baixo custo e de fácil aquisição para a reação de relógio de iodo O texto apresenta uma alternativa para a realização da reação relógio de iodo com materiais de fácil aquisição. TEÓFILO, Reinaldo Francisco; BRAATHEN, Per Christian; RUBINGER; Mayura Marques Magalhães. Reação relógio iodeto/iodo com material alternativo de baixo custo e fácil aquisição. Química Nova na Escola, [s. l.], n. 16, p. 41-44, nov. 2002. Disponível em: http://qnesc.sbq.org.br/online/ qnesc16/v16_A10.pdf. Acesso em: 12 nov. 2024.

Tema 22 – Catálise

A rapidez das transformações químicas pode ser afetada por diferentes fatores e pelas características dos reagentes. Entre esses fatores está a presença de substâncias ou materiais que atuam como catalisadores e que, por sua grande importância prática, precisam ser estudados. Para apresentar aos estudantes, o uso dos catalisadores pode ser contextualizado por meio de processos de fabricação de produtos químicos e de reações observados no cotidiano, como o crescimento de uma massa em decorrência do uso de fermento biológico. A abordagem pedagógica do Tema 22 mobiliza as competências gerais 1, ao utilizar conhecimentos sobre catalisadores de forma aplicada, 4, ao utilizar textos, equações matemáticas e gráficos, 5, ao propor pesquisas em meios digitais de informação, 7 e 10, ao solicitar aos estudantes que argumentem sobre a relação entre catalisadores automotivos e a poluição ambiental. Essa estratégia pedagógica corrobora com as macroáreas Meio Ambiente, Saúde e Ciência e Tecnologia dos TCTs, ao explorar, por exemplo, como catalisadores automotivos podem ser utilizados para reduzir a poluição ambiental causada por veículos e, consequentemente, evitar danos à saúde. O Tema mobiliza as habilidades EM13CNT101, ao discutir a lei de ação das massas, EM13CNT104, EM13CNT206, EM13CNT301 e EM13CNT306, ao abordar a relação entre catalisadores automotivos e poluição ambiental, incluindo a legislação e a construção de hipóteses para avaliar situações-problema associadas, e EM13CNT307, ao analisar os diferentes tipos de fermento e suas respectivas aplicações. Consequentemente, trabalha-se também as competências específicas 1 e 3.

As transformações e seus mecanismos

Iniciar o subtema com o questionamento apresentado no boxe Reflita. A analogia apresentada permite que os estudantes compreendam algumas das condições necessárias para a ocorrência de uma reação química, ou seja, as etapas que cada corredor cumpre seria uma das etapas de uma reação química genérica. Certificar-se de que os estudantes compreendem os conceitos apresentados e conseguem identificá-los na representação gráfica, como a etapa lenta da reação ou se a curva corresponde a uma reação elementar ou não elementar. Se possível, explorar com os estudantes o simulador indicado no boxe Espaços de aprendizagem, pois, com ele, é possível constatar a energia envolvida no choque entre as moléculas dos reagentes e a energia na formação dos produtos.

Catalisadores

Apresentar aos estudantes a pergunta do boxe Reflita. Ao acolher as respostas dos estudantes, enfatizar que o fermento biológico acelera as reações que ocorrem na produção do pão. Utilizar esse momento para explicar o conceito de catalisador. Destacar que os catalisadores são importantes na fabricação de alimentos e em processos industriais e farmacêuticos. Explorar a representação gráfica da ação do catalisador em uma reação química, certificando-se de que os estudantes compreendem a relação entre a altura da curva e a presença ou ausência de catalisador. Para apresentar uma relação com o ambiente, trabalhar com os estudantes o boxe Formação cidadã: Catalisadores para a redução da poluição ambiental, que traz o uso de catalisadores nos escapamentos dos veículos automotores. O assunto Biocatalisadores propicia um momento interdisciplinar com Biologia. Caso seja viável, realizar uma aula com o professor desse componente para explorar o conceito de enzima. Se possível, trabalhar o boxe Algo A+: Fermento químico ou fermento biológico: qual escolher? na prática, propondo aos estudantes que preparem receitas utilizando ambos os tipos de fermento para investigar semelhanças e diferenças no processo.

Sugestão de leitura • Catalisadores: da guerra química à medicina O texto apresenta a origem e a evolução do termo catálise. Aborda também suas aplicações em períodos de guerra e aplicações relacionadas à saúde do corpo humano, por meio da compreensão das enzimas. SANTOS, Enzo. Catalisadores: da guerra química à medicina. Exame, São Paulo, 15 abr. 2024. Disponível em: https://exame.com/esg/catalisadores-da-guerra-quimica -a-medicina/. Acesso em: 12 nov. 2024.

Tema 23 – Equilíbrio químico

Equilíbrio químico é um tema importante, muitas vezes desprezado quando se escrevem equações químicas e realizam-se cálculos. Entendê-lo possibilita compreender diferentes processos naturais, entre os quais os biológicos. No corpo humano, alterações em diversos equilíbrios podem levar a doenças e até à morte. Pode-se dizer que a vida é um complexo sistema em equilíbrio.

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A imagem do início do Tema 23 representa como determinado equilíbrio químico influencia no equilíbrio de ecossistemas, como o ecossistema marinho, por exemplo. A abordagem proposta para este Tema mobiliza as competências gerais 1, ao abordar a construção histórica do conceito de equilíbrio, 2, 3, 4 e 5, ao solicitar que os estudantes desenvolvam um projeto artístico científico sobre espeleologia e Reservas da Biosfera, e 7, ao propor aos estudantes que conversem com os pares a respeito da região onde residem. Essa estratégia pedagógica está de acordo com os TCTs Meio Ambiente e Ciência e Tecnologia ao trabalhar a relação entre equilíbrios químicos e corais ou cavernas, por exemplo. As habilidades mobilizadas no Tema são EM13CNT101, EM13CNT102, EM13CNT205 e EM13CNT301, relacionadas à solicitação feita aos estudantes para que analisem o comportamento de uma vela e redijam um texto científico sobre o que observaram, entre outros momentos. Consequentemente, trabalha-se também a competência específica 1.

Reversibilidade de reações

Para iniciar o estudo dos equilíbrios químicos, é fundamental a compreensão do significado de reversibilidade de reações químicas. Primeiro, portanto, convém questionar aos estudantes o que sabem sobre o assunto, fazendo um levantamento de seus conhecimentos prévios. Em seguida, enfatizar que determinadas reações químicas são reversíveis e apresentar o questionamento do boxe Reflita. Esse exercício é importante para que os estudantes percebam que algumas reações são reversíveis e outras não. Explorar os exemplos presentes no Livro do estudante para demonstrar as reações reversíveis e as reações não reversíveis, como as reações de combustão. É fundamental que os estudantes entendam o equilíbrio químico como um equilíbrio dinâmico e não como algo estático, em que não há mais reação química. Para reforçar essa ideia, comparar a representação gráfica das reações reversíveis e das reações irreversíveis. A seção Formação cidadã: A química no interior das cavernas pode ser utilizada para de contextualizar os equilíbrios químicos com os processos naturais de formação geológica. Uma alternativa para introduzir esse estudo é questionar se algum estudante já visitou alguma caverna, antecipando a atividade 2 da seção e utilizando-a como introdução. Os sites sugeridos no boxe Espaços de aprendizagem podem ser utilizados para ampliar os estudos sobre espeleologia. Esse campo investiga a formação, a estrutura, os ecossistemas e as características geológicas das cavernas, além de explorar fenômenos biológicos e hidrológicos presentes nesses ambientes.

Constante de equilíbrio

Dialogar com os estudantes e questioná-los se é possível prever a proporção de reagentes e produtos de uma reação que atingiu o equilíbrio. Utilizar as respostas para apresentar os conceitos de quociente da reação e de constante de equilíbrio bem como suas equações matemáticas. Apresentar as representações gráficas para a constante em função da concentração dos produtos e reagentes. É interessante solicitar aos estudantes que interpretem os valores de Q e Kc, de modo que saibam responder, por exemplo, o significado de Q = 1 ou Kc = 1, entre outras possibilidades.

Tema 24 – Sistemas em equilíbrio

Muitos sistemas químicos, naturais ou não, dependem de reações em equilíbrio. Entender essas reações possibilita compreender e conseguir controlar mais eficientemente esses sistemas. Um exemplo são as soluções ácidas e básicas que participam de reações de equilíbrio, as denominadas soluções-tampão, que permitem controlar a variação da acidez de um sistema, mantendo-o em equilíbrio, apesar da adição de ácidos ou de bases. O Tema mobiliza as competências gerais 1, ao narrar o desenvolvimento histórico e possíveis aplicações do princípio de Le Châtelier, 2 e 6, em momentos de reflexão sobre os desafios e dilemas enfrentados no desenvolvimento do processo Haber-Bosch e como eles representam situações reais do mundo do trabalho, seja na indústria ou na pesquisa acadêmica, 4, ao explorar representações gráficas, equações matemáticas e narrativas textuais, e 7, ao solicitar que os estudantes elaborem um texto sobre o princípio de Le Châtelier e a indústria. Esse percurso está de acordo com os TCTs Economia e Ciência e Tecnologia ao propor, por exemplo, que os estudantes façam uma relação entre o desenvolvimento de uma nova rota de síntese de amônia (o processo Haber-Bosch) e o consequente impacto no preço comercial da amônia. O Tema trabalha as habilidades EM13CNT101, EM13CNT102 e EM13CNT205 ao abordar o princípio de Le Châtelier e ao propor uma análise do processo Haber-Bosch para produção de amônia. Consequentemente, trabalha-se também a competência específica 1.

Princípio de Le Châtelier

O estudo do conceito da constante de equilíbrio no Tema anterior possibilita abordar vários fatores que interferem matematicamente no equilíbrio. Assim, as interpretações teóricas são refletidas nas equações apresentadas ao longo deste subtema. É fundamental ressaltar o caráter empírico do princípio de Le Châtelier, esclarecendo que ele apresenta limitações e é válido apenas nas condições experimentais em que foi observado. Embora ele seja considerado uma boa ferramenta preditora, esse princípio não deve ser tomado como uma lei natural, e sim como uma regra prática que se aplica a diversas situações, mas não a todas. Outro ponto de atenção importante é evitar o uso de expressões como “desloca para a direita” ou “desloca para a esquerda”, pois elas podem confundir os estudantes. Convém priorizar a nomenclatura técnica, por exemplo, “desloca o equilíbrio no sentido de consumo de reagentes” ou “desloca o equilíbrio no sentido de formação de produtos”.

Equilíbrio ácido-base

O estudo do equilíbrio químico possibilita igualmente entender os equilíbrios ácido-base e outros equilíbrios em meio aquoso. Assim, é possível compreender muitas das características dos ácidos, bases e sais, entre outras substâncias que também participam de processos de equilíbrio. Iniciar o subtema trabalhando o boxe Reflita e definindo brevemente os conceitos de ácido e de base. Esses conceitos serão aprofundados na Unidade 6. Neste momento, convém utilizar a definição de Arrhenius, frisando que ela é válida apenas para o comportamento de substâncias em solução aquosa. Caso haja oportunidade para aprofundamento, pode-se mencionar que existem outras classificações mais abrangentes, como a de Brönsted-Lowry e a de Lewis, e que a classifi-

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cação ácido-base deriva do comportamento das substâncias em condições específicas. Uma substância pode ser ácida em determinado contexto e básica em outro, por exemplo. Contextualizar o assunto pedindo para que os estudantes apresentem exemplos de substâncias ácidas e básicas que eles conhecem. É provável que haja mais exemplos de substâncias ácidas, pois estão mais presentes na alimentação, sendo necessário acrescentar exemplos de substâncias básicas. O conceito de constante de equilíbrio deve ser retomado neste momento, favorecendo a compreensão do conceito de constante de ionização dos ácidos. Partindo da equação química que representa o equilíbrio químico ácido e base, apresentar o caminho para chegar às equações matemáticas que descrevem esses conceitos. Ao apresentar as escalas de pH e de pOH, ressaltar que elas variam com a temperatura. Além disso, é interessante não colorir as escalas ao desenhá-las na lousa, a fim de evitar que os estudantes associem equivocadamente cores ao ácido e ao básico. O boxe Espaços de aprendizagem traz ampliações do conteúdo estudado neste Tema, por meio de um vídeo sobre titulação e um artigo sobre os sistemas-tampão, e pode ser utilizado caso seja necessário. A seção Formação cidadã: O equilíbrio químico na formação da amônia aborda o processo Haber-Bosch e possibilita um momento interdisciplinar com os componentes curriculares de História e Geografia. É interessante, se possível, enriquecer a discussão das atividades dessa seção com a presença dos professores desses componentes.

Sugestão extra

• Reação de Neutralização O vídeo apresenta reações entre ácidos e bases na presença de um indicador, demonstrando a mudança de cor que possibilita a identificação da reação. MINIEXPERIMENTO 4: reação de neutralização (ácido + base). [S. l.: s. n.], 2018. 1 vídeo (2 min). Publicado pelo canal QuiCiência – IQB/UFAL. Disponível em: https:// www.youtube.com/watch?v=JFuPuZ6y2ks. Acesso em: 12 nov. 2024.

Atividade extra

Indicador ácido-base natural É comum encontrarmos atividades experimentais que requerem reagentes difíceis de obter. Esta proposta utiliza repolho roxo e pétalas de hibisco para produzir indicadores de ácido e base. Materiais: repolho roxo, pétalas de hibisco, água, papel de filtro e liquidificador. Procedimentos: Triturar o repolho em um litro de água e filtrar o líquido para uso como indicador. Repetir com as pétalas de hibisco (cerca de 12 flores) e um copo de água. A atividade propõe que os estudantes testem produtos e alimentos ácidos ou básicos usando os indicadores preparados. Como finalização, pode-se pedir um relatório ou uma apresentação em seminário. Além disso, para tornar a atividade mais investigativa, é possível adicionar uma etapa introdutória na qual os estudantes precisam pressupor o que acontecerá na experiência com base em seus conhecimentos prévios, e uma etapa final, na qual eles comparam o que previram com o que de fato aconteceu. Outra possibilidade é omitir as orientações procedimentais e solicitar que eles formulem uma rota experimental com base apenas nos materiais e nos resultados esperados.

Organizando as ideias

Integrando com Biologia e Matemática

Homeostase ácido-base Finaliza-se a Unidade 4 com um texto que integra o conceito de equilíbrio ácido-base com a Biologia e a Matemática, abordando as contribuições da Química para entender o funcionamento do corpo humano, mais precisamente a relação do equilíbrio químico ácido-base com a homeostase do corpo humano. Se possível, é interessante realizar essa discussão na presença dos professores desses dois componentes curriculares. O texto aborda o estudo de soluções ácido-base, como as soluções-tampão, que regulam o funcionamento do organismo humano. Alterações no pH normal do sangue podem acarretar problemas na saúde de uma pessoa e, por isso, o sangue regula rapidamente o pH quando íons H+ ou OH_ estão em excesso. O conteúdo do boxe Espaços de aprendizagem pode ser trabalhado para desconstruir uma fake news comum, relacionada à ingestão de água alcalina e seus supostos benefícios. Esses conteúdos e a proposta de atividades mobilizam as habilidades EM13CNT101, ao realizar cálculos sobre a faixa de concentração de íons hidrogeniônicos, EM13CNT104, ao sugerir informações sobre os efeitos da água alcalina no corpo, EM13CNT201 e EM13CNT202, ao trabalhar o conceito de homeostase, fundamental para a manutenção da vida humana, e EM13CNT301 e EM13CNT306, ao avaliar como o dióxido de carbono pode provocar a acidez ou a alcalinidade do sangue. Consequentemente, trabalha-se também as competências específicas 1, 2 e 3.

Possibilidades e alternativas para a avaliação

A Unidade 4 aborda conceitos sobre Química e energia. São propostos textos extras e atividades experimentais que podem compor uma avaliação. Por exemplo, os estudantes podem ser avaliados pela realização das atividades da seção Oficina científica, como as oficinas “Reações químicas podem ser utilizadas para produzir calor?” e “Relógio de reação química”, nas quais se pode solicitar um relatório descritivo dos fenômenos observados. A seção Formação cidadã permite abordagens avaliativas diversas, como produções de textos, imagens, vídeos e podcasts, que podem ser compartilhados para promover a avaliação por pares. Esse processo deve ser conduzido para que as críticas sejam construtivas, visando aprimorar o que foi produzido.

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As atividades em cada tema proposto também podem servir como avaliação coletiva. Durante a correção, será possível identificar dúvidas que os estudantes possam ter. No final de cada Unidade, na seção Organizando as ideias, há uma síntese dos principais conceitos trabalhados, que serve tanto para proporcionar uma visão geral dos assuntos abordados e possibilitar a elaboração de

avaliações quanto para o estudante realizar uma auto avaliação e saber quais são os pontos relevantes desse aprendizado. O texto proposto ao final da seção pode ser utilizado para avaliar a aprendizagem e esclarecer dúvidas remanescentes após o fechamento da Unidade. Constitui-se, igualmente, como um roteiro de estudo antes de iniciar os próximos Temas.

Unidade 5 Química Orgânica Síntese da Unidade

Orientações gerais

BNCC • Competências gerais: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 e 10. • Competências específicas de Ciências da Natureza e suas Tecnologias: 1, 2 e 3. • Habilidades de Ciências da Natureza e suas Tecnologias: EM13CNT101, EM13CNT104, EM13CNT201, EM13CNT203, EM13CNT205, EM13CNT206, EM13CNT207, EM13CNT301, EM13CNT302, EM13CNT306, EM13CNT307 e EM13CNT309. • Temas Contemporâneos Transversais • Cidadania e Civismo. • Ciência e Tecnologia. • Meio Ambiente. • Multiculturalismo. • Saúde. • Conteúdos • Cadeias carbônicas. • Funções orgânicas. • Isomeria. • Polímeros.

A Unidade 5 disponibiliza aos estudantes o percurso histórico da constituição da Química Orgânica, iniciando em propriedades do átomo de carbono e finalizando com um estudo sobre os polímeros. É importante enfatizar a construção do conhecimento científico em função das proposições teóricas realizadas por cientistas, como a teoria da força vital, que, de certa forma, acarretou um período sem avanços nos estudos dessa área por indicar que não seria possível a síntese de compostos orgânicos. A abordagem do Tema que estuda os hidrocarbonetos é feita de forma contextualizada, relacionando-os, por exemplo, com combustíveis, assim como o estudo das demais funções orgânicas, presentes em substâncias como o vinagre e o formol. Os diferentes tipos de isomeria são apresentados por meio de um texto explicativo e de ilustrações criadas para essa finalidade. Com relação ao Tema que fecha a Unidade, é valorizada a aplicação dos polímeros em diversos produtos do cotidiano, como vestimentas e equipamentos, que os torna de extrema importância para a Ciência Química e para a sociedade. Para abordar a falta de saneamento básico no Brasil, é apresentado um texto sobre o tratamento de efluentes. Nele, explora-se como a Química, integrada à Biologia, proporciona maneiras alternativas de lidar com esse problema social. Esses estudos ocorrem de maneira contextualizada, com exemplos e situações que demonstram como a Química Orgânica está presente no cotidiano das pessoas.

Objetivos da Unidade • Compreender o percurso histórico e científico da constituição da Química Orgânica. • Interpretar diferentes representações de cadeias carbônicas. • Reconhecer a importância econômica dos hidrocarbonetos em função das suas propriedades. • Relacionar as estruturas dos hidrocarbonetos com a quantidade de ligações entre os átomos de carbono. • Identificar substâncias pertencentes aos principais grupos funcionais orgânicos. • Conhecer a estrutura de substâncias presentes no cotidiano. • Aplicar o conceito de isomeria para explicar a estrutura de substâncias apresentadas em situações-problema. • Compreender o papel da isomeria na relação entre gorduras e alimentação saudável. • Reconhecer questões sociais e econômicas envolvendo extração de matéria-prima, como o látex, por exemplo. • Identificar os processos de formação de polímeros relacionados a reações de polimerização específicas.

Abertura de Unidade

O texto da abertura de Unidade 5 aborda a importância da Química Orgânica para o meio ambiente, na criação de materiais e no entendimento de fenômenos naturais e estruturas biológicas. Em destaque, está a relação de substâncias orgânicas com os seres vivos, exemplificada pelas substâncias exaladas pelas formigas, chamadas de feromônios, que possuem diversas funções, entre elas a de localização. O questionamento apresentado na abertura da Unidade tem como objetivo demonstrar que os conceitos químicos abordados até o momento se aplicam também à Química Orgânica. Reforçar esse fato com os estudantes. Essa abertura trabalha a competência geral 2 e a habilidade EM13CNT301 ao propor aos estudantes que reflitam sobre a Química Orgânica.

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Tema 25 – Introdução à Química Orgânica

O Tema traz o percurso histórico dos estudos que originaram a Química Orgânica e seu vínculo com o átomo de carbono, elemento de grande importância para os seres vivos. Além disso, destacam-se as propriedades do carbono, apresentadas para facilitar a compreensão dos estudantes, e as principais representações das cadeias carbônicas utilizadas no meio científico. São mobilizadas as competências gerais 1 e 6, através da narrativa histórica apresentada, que possibilita que os estudantes se familiarizem com práticas comuns da pesquisa científica, como o diálogo e o embate de ideias, 3, ao abordar o urucum e seu uso como pigmento natural, 4, ao explorar as representações de cadeias orgânicas, e 5, ao solicitar aos estudantes que realizem pesquisas na internet. Além disso, são trabalhadas as habilidades EM13CNT201, durante a abordagem da teoria da força vital, e EM13CNT307, ao explorar as propriedades do carbono, além de os TCTs Multiculturalismo, no boxe que discute o uso do urucum, e Ciência e Tecnologia, durante a narrativa histórica.

O início da Química Orgânica

O estudo sobre Química Orgânica inicia-se com a narrativa de fatos históricos, abordando, por exemplo, a origem da separação entre Química Orgânica e Química Inorgânica. Apesar de mantida até hoje, incluindo em livros didáticos, essa separação tem função apenas organizacional, já que as moléculas e os fenômenos estudados por ambas as áreas são regidos pelas mesmas leis naturais. Entender o desenvolvimento histórico de uma Ciência permite compreender melhor sua organização e complexidade. Um conceito que pode parecer muito simples atualmente foi desenvolvido com base em muito trabalho e dedicação a seu estudo. Um exemplo que se pode citar é a estrutura do benzeno, proposta por Kekulé. Foi também esse cientista que apresentou postulados – válidos até hoje − que permitiram entender melhor a estrutura das substâncias orgânicas. Trabalhar o boxe Reflita, que propõe indagar aos estudantes quais substâncias contém carbono, para levantar conhecimentos prévios. Esse momento é importante para apresentar a enorme quantidade e variedade de substâncias que contêm carbono. Utilizar alguns dos exemplos citados e as imagens presentes no Livro do estudante para representar a variedade das substâncias compostas de carbono, por exemplo, o diamante e o grafite.

Propriedades do átomo de carbono

Representar o átomo de carbono na lousa, relembrando sua composição subatômica, e apresentar suas propriedades. Explorar o boxe Algo A+: O urucum, que aborda a cultura dos povos originários e os conceitos químicos, questionando os estudantes se alguém já teve contato com o urucum. Em caso de resposta afirmativa, pedir ao(s) estudante(s) que faça(m) um breve relato para a turma. O conteúdo apresentado no boxe Espaços de aprendizagem pode ser utilizado para aprofundar esse assunto. Investigar, por meio do boxe Reflita, se os estudantes conhecem outros elementos que podem formar cadeias e utilizar as respostas para apresentar as propriedades do carbono. Mencionar que, embora outros elementos, como o silício, tam-

bém possam formar cadeias, eles são menos estáveis e diversificados em condições comuns na Terra. Além disso, o carbono forma uma enorme diversidade de compostos estáveis nas mesmas condições ambientais que permitem a existência de água líquida, o que não ocorre com outros elementos. Ao abordar as representações das cadeias carbônicas, é fundamental certificar-se de que todos os estudantes as compreenderam adequadamente, pois a compreensão inadequada desse conteúdo compromete o entendimento de grande parte do que será estudado na Unidade. Dedicar atenção especial às representações C e D, que são mais complexas e podem gerar mais dúvidas. Uma atividade complementar interessante para esse momento é solicitar aos estudantes que escolham algumas das estruturas representadas no final do Tema e tentem escrevê-las de acordo com a representação B.

Sugestão extra • O ensino do conceito de alotropia do carbono por meio do anime Fullmetal Alchemist No episódio 34 do anime Fullmetal Alchemist, é possível abordar o tema sobre a alotropia do carbono. No episódio intitulado “A teoria da avareza”, em tradução livre, o protagonista consegue alcançar seus objetivos percebendo que os átomos de carbono se combinam de formas distintas, ou seja, do grafite até o diamante.

Sugestão de leitura

• O mangá como uma ferramenta pedagógica: Fullmetal Alchemist O texto aborda o uso do mangá como uma ferramenta para abordar diversos conceitos químicos em sala de aula. SOUSA, Dineibergue Viana de et al. O mangá como uma ferramenta pedagógica: Fullmetal Alchemist. Infinitum: Revista Multidisciplinar, São Bernardo, v. 4, n. 6, p. 43-68, jan./jun. 2021. Disponível em: https://perio dicoseletronicos.ufma.br/index.php/infinitum/article/ view/16942/9678. Acesso em: 9 nov. 2024.

Tema 26 – Os hidrocarbonetos

O petróleo é uma mistura complexa de substâncias orgânicas de grande importância para a sociedade mundial. É dele que são obtidos a gasolina e o diesel, que, junto com outros combustíveis não derivados do petróleo, movimentam os veículos automotores, por exemplo. Como essa matéria-prima não é renovável, têm-se buscado alternativas, como o biodiesel, um combustível similar ao diesel, mas produzido a partir de recursos renováveis, como mamona, castanhas e óleos. Para iniciar o trabalho desse Tema, pode-se questionar aos estudantes quais utilizações do petróleo e seus derivados eles conhecem. Exemplos que podem ser citados são a parafina e a vaselina, utilizadas na produção de cosméticos por causa das suas características hidratantes, plásticos de modo geral, borracha, asfalto, tintas, solventes, entre outros. Em seguida, explicar o significado da palavra hidrocarboneto, que representa moléculas formadas apenas por átomos de carbono e hidrogênio, e comentar que as substâncias que compõem o petróleo são hidrocarbonetos. É fundamental o estudo detalhado das substâncias pertencentes a essa função orgânica, porque, além de elas terem ampla aplicação em diversos setores da sociedade, também servem de base para a compreensão de substâncias mais complexas, como, por exemplo, as proteínas e outras biomoléculas.

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A organização proposta para o Tema permite o trabalho com a macroárea Saúde dos TCTs, ao serem discutidas as características do benzeno, e Ciência e Tecnologia, ao explorar as propriedades dos hidrocarbonetos. São também abordadas as competências gerais 1, por meio da narrativa do sonho de Kekulé, 4, pelas representações de moléculas orgânicas, 5, ao propor uma pesquisa presente nas atividades, e 7, ao solicitar aos estudantes que justifiquem as propriedades dos alcinos. A organização da construção do conhecimento neste Tema mobiliza as habilidades EM13CNT104, ao explorar a toxicidade do benzeno, EM13CNT301, ao avaliar a estrutura dos alcinos para explicar suas propriedades, e EM13CNT307, por meio dos exemplos que contextualizam os compostos orgânicos e suas aplicações. Consequentemente, trabalha-se também a competência específica 3.

Alcanos, Alcenos, Alcinos e Alcadienos

A abordagem inicial está centrada nos hidrocarbonetos, substâncias orgânicas mais simples e das quais, do ponto de vista estrutural, derivam as demais. Os quatro subtemas iniciais apresentam os alcanos, os alcenos, os alcinos e os alcadienos, quatro dos principais grupos de hidrocarbonetos. Iniciar a abordagem desses grupos com o primeiro boxe Reflita, indagando aos estudantes se eles conhecem substâncias que só contenham átomos de carbono e hidrogênio na sua fórmula. Apresentar a fórmula molecular das respostas citadas. Os demais boxes Reflita podem ser utilizados para contextualizar cada grupo de hidrocarboneto. Para cada um dos grupos, explorar os diferentes tipos de representação e abordar exemplos de uso desses compostos. É importante apresentar as propriedades físico-químicas dos hidrocarbonetos comparando uns com os outros. Desse modo, ocorre a percepção da variação dessas propriedades em função da presença de ligações simples, duplas e triplas. Convém comentar com os estudantes que o nome geral de cada grupo, alcanos, alcenos e alcinos, também segue uma das regras de nomenclatura dos hidrocarbonetos: -an- representa compostos saturados, -en- representa compostos com ligação dupla e -in- representa compostos com ligação tripla. Logo, alcanos é o nome genérico para compostos saturados; alcenos, para compostos com ligação dupla; e alcinos, para compostos com ligação tripla. Os alcadienos, por sua vez, são compostos com duas ligações duplas, -di-en-. Os boxes Algo A+: Nomenclatura preferencial e Espaços de aprendizagem podem ser utilizados para ampliar os conteúdos do Tema. Enquanto o primeiro discute a existência de diferentes nomenclaturas oficiais para uma mesma molécula, o segundo indica um texto que discute a produção de metano em biodigestores.

Hidrocarbonetos de cadeia fechada

Diferenciar moléculas de cadeias abertas das moléculas de cadeias fechadas é uma das ações que os estudantes vão conseguir fazer com este subtema. Apresentar o questionamento do boxe Reflita, sobre o que diferencia uma molécula de cadeia aberta de uma molécula de cadeia fechada, e ouvir as hipóteses dos estudantes. Se julgar interessante, convidar um estudante para ir à lousa e tentar propor uma molécula de cadeia fechada, incluindo sua fórmula molecular e nomenclatura.

Comentar que os anéis de três carbonos são instáveis por causa da tensão angular que ocorre em sua estrutura. O ângulo ideal de ligação entre os átomos de carbono em uma cadeia linear de alcanos é de aproximadamente 109,5°. No entanto, em um ciclo de três carbonos, os átomos de carbono precisam formar um ângulo de aproximadamente 60°, o que cria uma grande tensão devido à proximidade das nuvens eletrônicas, gerando instabilidade no ciclo.

Hidrocarbonetos aromáticos

Neste subtema, o benzeno recebe destaque por ser uma substância precursora de uma grande variedade de outras substâncias, além de ser modelo para o entendimento de uma classe de substâncias denominadas aromáticas. Após trabalhar as propriedades do benzeno, como sua toxicidade e a ressonância que o estabiliza, explorar o texto do boxe Algo A+: Kekulé e a estrutura do benzeno, que traz uma narrativa de como o cientista August Kekulé idealizou a estrutura do benzeno.

Tema 27 – Grupos funcionais, funções nitrogenadas e haletos orgânicos

As funções nitrogenadas apresentam grupos funcionais orgânicos que possuem átomos de nitrogênio ligados a estruturas de carbono. Esses compostos são muito importantes para a Química Orgânica e para a Bioquímica. Além delas, o Tema também aborda os haletos orgânicos, que têm um papel importante na Química Industrial. A abertura do Tema traz uma das aplicações desses compostos e a imagem representa o uso de protetor solar, produto que geralmente apresenta moléculas orgânicas nitrogenadas como princípio ativo. Pode-se realizar questionamentos para iniciar os estudos desse conteúdo, como “Alguém já usou protetor solar? Vocês sabem o que tem na composição dele?”. O caminho pedagógico do Tema articula as competências gerais 4, por meio das representações de moléculas orgânicas, 5 e 7, ao solicitar que os estudantes realizem pesquisas na internet e elaborem textos a respeito delas, 6, ao narrar a descoberta da penicilina, demonstrando a importância da análise crítica de resultados experimentais inesperados na rotina de um pesquisador, e 8, ao discutir a influência do iodo na saúde humana. A proposta pedagógica do Tema corrobora com os TCTs Saúde, ao discutir o funcionamento da tireoide, e Ciência e Tecnologia, ao apresentar as funções orgânicas, e mobiliza as habilidades EM13CNT104 e EM13CNT307, ao abordar o iodo e sua relação com a tireoide, bem como outros exemplos de aplicações ao longo do Tema, e EM13CNT301, ao propor atividades que requerem o levantamento de hipóteses e a avaliação de situações-problema. Consequentemente, trabalha-se também a competência específica 3.

Grupos funcionais

Compreender o que são os grupos funcionais é importante para a entender os demais conceitos que serão abordados na Unidade. Como a diversidade de substâncias orgânicas é grande, os estudos foram centrados nas funções nitrogenadas, nos haletos orgânicos, nas funções oxigenadas e em algumas outras substâncias orgânicas de maior relevância.

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Após explicar o conceito de grupo funcional, utilizar o questionamento do boxe Reflita. Convém contextualizar quimicamente a pergunta, apresentando uma molécula de hidrocarboneto e, em seguida, indagar aos estudantes que mudanças ocorrem com a inserção de um átomo de nitrogênio, por exemplo. Se necessário, retomar os conceitos de eletronegatividade e de polaridade. Para que os estudantes compreendam o conceito de grupo funcional, é importante apresentar as principais funções orgânicas, incluindo seus grupos funcionais e exemplos de uso dessas substâncias, de forma introdutória, pois elas serão exploradas no decorrer da Unidade.

Funções nitrogenadas

As funções nitrogenadas são importantes para os organismos vivos porque estão envolvidas em diversos processos biológicos, por exemplo, no metabolismo e na estrutura dos tecidos. Abordar esses conceitos de forma contextualizada por meio do boxe Reflita, que pode ser utilizado como introdução ao boxe Algo A+: As aminas e os maus odores. Outro exemplo que pode ser explorado é o da penicilina, uma amida. Ao abordá-la, enfatizar os aspectos sociais relativos à saúde do ser humano e os avanços promovidos pela descoberta da penicilina. Uma atividade de ampliação para esse momento, que permite um aprofundamento com o componente curricular Biologia, é investigar o impacto da descoberta dos antibióticos na saúde geral da população.

Sugestão de leitura • Alexander Fleming e a descoberta da penicilina Pequeno texto que apresenta a história da descoberta da penicilina. ALEXANDER Fleming e a descoberta da penicilina. Jornal Brasileiro de Patologia e Medicina Laboratorial, Rio de Janeiro, v. 45, n. 5, out. 2009. Capa. Disponível em: https:// www.scielo.br/j/jbpml/a/jY6NfbwqjkMQTbCdFBRbp 4M/?format=pdf&lang=pt. Acesso em: 9 nov. 2024.

Haletos orgânicos

Para facilitar a compreensão dos estudantes sobre o tipo de composto que vão estudar, iniciar a abordagem desse tópico retomando o significado de haletos. Se necessário, apresentar a tabela periódica, destacando o grupo 17, dos halogênios. Para trazer contexto ao conteúdo abordado, explorar o boxe Algo A+: Iodo e tireoide, que traz questões sobre a alimentação e o hormônio produzido na tireoide, e o texto indicado no boxe Espaços de aprendizagem, que trata de corantes naturais compostos por haletos orgânicos. Outra forma de ampliação desse conteúdo está no boxe Reflita, que questiona os estudantes sobre os CFCs. Esse assunto já foi apresentado na página 190 do Tema 14 e, se necessário, pode ser retomado. Trabalhar com os estudantes a estrutura dessa classe de moléculas e como elas afetam o equilíbrio da formação do gás ozônio.

Tema 28 – Funções oxigenadas Substâncias orgânicas oxigenadas são encontradas com facilidade em diversos materiais e produtos comerciais que fazem parte do dia a dia dos estudantes. Antes de explorar o texto de abertura, propor uma pesquisa inicial sobre

as funções oxigenadas para fazer um levantamento dessas substâncias. Caso não seja possível realizar essa pesquisa, apresentar a estrutura do etanol e compará-la à do propano, utilizado no gás de cozinha, a fim de demonstrar a presença do átomo de oxigênio. Os álcoois, enóis, fenóis, éteres, aldeídos, cetonas, ácidos carboxílicos e ésteres são abordados no subtema por meio de uma abordagem que apresenta as principais características dessas funções oxigenadas em conjunto com a descrição das aplicações, como, por exemplo, na fabricação de determinados produtos. Essa abordagem metodológica promove as competências gerais 2, ao questionar os estudantes sobre as vantagens de adicionar etanol em outros combustíveis, 4, por meio das representações de moléculas orgânicas, 5 e 7, ao solicitar que os estudantes realizem pesquisas na internet e elaborem textos sobre elas, e 10, no trabalho sobre sabões e detergentes biodegradáveis. O Tema mobiliza as habilidades EM13CNT104, EM13CNT203, EM13CNT206 e EM13CNT307, ao abordar a sustentabilidade de sabões e detergentes, incluindo impactos ambientais do descarte inadequado e a legislação vigente sobre o seu uso, EM13CNT306, ao trabalhar os problemas do uso de formol em procedimentos estéticos, e EM13CNT309, ao abordar os efeitos do etanol quando adicionado a outros combustíveis. São mobilizados os TCTs Meio Ambiente, no trabalho com sabões e detergentes, Saúde, na abordagem do formol, e Ciência e Tecnologia, ao apresentar as funções orgânicas oxigenadas e suas aplicações. Consequentemente, trabalha-se também as competências específicas 2 e 3.

As principais funções oxigenadas

A presença do átomo de oxigênio nas funções oxigenadas ajuda a compreender as principais características dessas substâncias, que estão relacionadas com a eletronegatividade do oxigênio. Para iniciar o subtema, apresentar a pergunta do boxe Reflita, que investiga a relação da polaridade de uma molécula com a presença do átomo de oxigênio. Comparar moléculas semelhantes, com e sem a presença de oxigênio, como etanol e propano, por exemplo, e discutir a polaridade envolvida. Se necessário, retomar o conceito de forças intermoleculares, já que esse momento permite entender a dinâmica das forças intermoleculares em uma molécula em decorrência da presença do oxigênio. Ao apresentar cada uma das funções oxigenadas, inicialmente indicar onde essas substâncias são encontradas no cotidiano. Quando iniciar a função oxigenada álcoois, por exemplo, dialogar para identificar outros exemplos dessas substâncias. Utilizar esse momento para apresentar algumas características das substâncias em estudo e seguir para a próxima função oxigenada a ser explorada. Seguindo com os conceitos, explorar as imagens e as substâncias que podem ser facilmente reconhecidas pelos estudantes, como a manteiga, o vinagre e o sabão. Em relação a este último, investigar e explorar se eles já tiveram contato com alguma pessoa que produz sabão em casa. Sobre esse assunto, o boxe Formação cidadã: Sabões biodegradáveis apresenta a questão dos impactos ambientais causados pelo uso de sabões e detergentes não biodegradáveis. Explicar aos estudantes que, até os anos 1980, a indústria de produtos químicos para uso doméstico foi vista

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apenas como uma contribuição benéfica para quem realizava tarefas domésticas. Sabões, amaciantes, alvejantes, desinfetantes e diversos outros produtos tinham um forte apelo comercial. Com o tempo, percebeu-se que o uso desses produtos tem consequências ambientais graves. Nesse sentido, é preciso pensar em produção industrial de tais substâncias considerando seus impactos ecológicos. Há dois boxes Espaços de aprendizagem nesse Tema que podem ser utilizados para aprofundar o debate sobre as funções orgânicas. O primeiro deles, referente à função álcool, aborda a produção de etanol e de biodiesel no país, e o segundo, referente aos fenóis, discute o consumo de alimentos ricos em polifenóis e a atividade física.

Sugestão de leitura • Sabões e detergentes O seguinte artigo apresenta um experimento que envolve sabões e detergentes, contextualizando o conteúdo estudado no tema com uma atividade cotidiana. VERANI, Cláudio Nazari; GONÇALVES, Débora Regina; NASCIMENTO, Maria da Graça. Sabões e detergentes como tema organizador de aprendizagens no ensino médio. Química Nova na Escola, [s. l.], n. 12, p. 15-19, nov. 2000. Disponível em: http://qnesc.sbq.org.br/online/ qnesc12/v12a04.pdf. Acesso em: 9 nov. 2024.

Tema 29 – Isomeria

Para o ensino de isomeria, é importante apresentar aos estudantes o conceito de moléculas com mesma fórmula molecular, mas com diferentes arranjos estruturais, o que resulta em propriedades físicas e químicas distintas. O tema é fundamental na Química Orgânica e proporciona uma compreensão mais profunda sobre a diversidade de compostos e suas aplicações. Para facilitar o aprendizado, recomenda-se abordar primeiro os principais tipos de isomeria – estrutural e espacial –, explorando exemplos práticos e relacionando-os a substâncias do cotidiano. A introdução de atividades e exercícios reflexivos é também uma boa estratégia para auxiliar os estudantes a diferenciar os tipos de isômero e a interpretar as consequências dessas diferenças. O Tema promove as competências gerais 1, 7 e 10, ao abordar o caso da talidomida, 2, ao solicitar que os estudantes analisem a relação entre ácido lático e atividade física, 4, ao explorar diferentes representações moleculares, 5, ao solicitar que os estudantes realizem pesquisas na internet, 6, 8 e 9, na discussão sobre alimentação saudável, que envolve, por exemplo, explorar a produção de alimentos orgânicos e dialogar, com consciência crítica e responsabilidade, com familiares ou responsáveis sobre a possibilidade de realizarem mudanças nos hábitos alimentares. Os TCTs mobilizados são Meio Ambiente e Saúde, durante a discussão de gordura trans e alimentação saudável, Ciência e Tecnologia, ao abordar os conceitos de isomeria e suas aplicações, e Cidadania e Civismo, ao propor que os estudantes analisem o caso talidomida por um ponto de vista ético e científico. Essa organização da construção do conhecimento mobiliza as habilidades EM13CNT101, ao analisar diferentes estruturas isoméricas, EM13CNT104, EM13CNT301 e EM13CNT307, ao propor que os estudantes investiguem os efeitos da talidomida, EM13CNT205, em atividade que

solicita previsões acerca do comportamento da luz polarizada, EM13CNT206 e EM13CNT302, ao explorar a alimentação orgânica e os seus benefícios ao corpo e ao ambiente, bem como os prejuízos causados pelas gorduras trans, EM13CNT207 e EM13CNT306, ao propor aos estudantes que pesquisem por que a prática de musculação pode levar à formação de ácido lático no organismo. Consequentemente, trabalha-se também as competências específicas 1, 2 e 3.

Isomeria plana

Iniciar o subtema questionando os estudantes se é possível que duas moléculas compostas pelos mesmos átomos sejam diferentes. Após ouvi-los, apresentar as estruturas de duas substâncias diferentes de mesma fórmula molecular, como os exemplos mostrados no Livro do estudante. Se necessário, utilizar o boxe Reflita para complementar a discussão. Esse caminho é importante para a compreensão dos estudantes sobre o conceito de isomeria. Em seguida, abordar o conceito de isomeria e o significado da palavra: “mesma composição” (iso) e “partes” (meros). Para cada tipo de isomeria plana, com toda a turma e utilizando a lousa, apresentar uma molécula e o que deve variar nela para que se forme um isômero (por exemplo, em isomeria de cadeia, deve-se variar o tamanho da cadeia carbônica) e solicitar aos estudantes que proponham possíveis isômeros. Se possível, evitar utilizar os mesmos exemplos do Livro do estudante para aumentar o repertório dos estudantes. Se for possível, utilizar kits moleculares para auxiliar na compreensão dos estudantes. Uma alternativa é construir um kit com materiais acessíveis, como sugerido a seguir.

Sugestões extras • Construção de modelo molecular a partir da reutilização de garrafas PET: propostas para o ensino de Química O artigo a seguir propõe a reutilização de garrafas PET para a construção de modelos moleculares que podem auxiliar na compreensão de diversos conceitos, principalmente referentes à Química Orgânica e isomeria. FABRI, Paulo H. et al. Construção de modelo molecular a partir da reutilização de garrafas PET: propostas para o ensino de química. Química Nova na Escola, São Paulo, v. 45, n. 3, p. 181-186, ago. 2023. Disponível em: http:// qnesc.sbq.org.br/online/qnesc45_3/04-EA-25-22.pdf. Acesso em: 9 nov. 2024. • Modelos moleculares alternativos: uma proposta econômica e interdisciplinar para o ensino de Química e Matemática. O seguinte artigo propõe a construção de modelos moleculares utilizando poliestireno, bexigas e varetas, além de realizar uma discussão matemática acerca dos ângulos de ligação. LIMA, Rayanne P. W. et al. Modelos moleculares alternativos: uma proposta econômica e interdisciplinar para o ensino de Química e Matemática. Química Nova na Escola, São Paulo, v. 46, n. 2, p. 81-88, maio 2024. Disponível em: http://qnesc.sbq.org.br/online/prelo/ EA-40-23.pdf. Acesso em: 9 nov. 2024. • Kit molecular inclusivo para deficientes visuais no ensino de estruturas tridimensionais.

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O artigo a seguir propõe a criação de modelos moleculares adaptados para pessoas com deficiência visual. SILVA, Gesieli P. C. da et al. Kit molecular inclusivo para deficientes visuais no ensino de estruturas tridimensionais. Química Nova na Escola, São Paulo, v. 45, n. 3, p. 205-215, ago. 2023. Disponível em: http://qnesc.sbq. org.br/online/qnesc45_3/07-EQF-59-21.pdf. Acesso em: 9 nov. 2024.

Isomeria espacial

Para trabalhar o conceito de isomeria espacial, é recomendado recorrer às representações imagéticas do Livro do estudante e, se possível, a kits de modelos moleculares. A compreensão dos estudantes é consideravelmente facilitada quando eles têm a oportunidade de estudar isomeria espacial com base em modelos 3D. O boxe Formação cidadã: A Química na alimentação saudável pode ser utilizado durante o ensino de isomeria geométrica, pois trabalha o conceito de gordura trans com base no assunto sobre alimentação saudável. Para iniciar esse trabalho, questionar se algum estudante tem acesso a alimentos orgânicos, e, em caso positivo, solicitar um relato à turma. Ao abordar a isomeria óptica, iniciar pelo conceito de simétrico e assimétrico. Como exemplo, utilizar as mãos e uma folha de papel com diferentes dobraduras. O boxe Algo A+: A isomeria óptica e a atividade biológica pode ser utilizado para mostrar como os conceitos de isomeria impactam a indústria farmacêutica. Ao longo da história, há casos em que a falta de conhecimento e controle sobre os isômeros de determinadas substâncias utilizadas como medicamentos impactaram a vida de muitas pessoas.

Tema 30 – Polímeros

Os plásticos podem ser considerados uma marca da sociedade moderna do século XX, pois adentraram de forma crescente e dominante na vida das pessoas. O uso massivo do plástico possibilitou o desenvolvimento de diferentes ramos da indústria, tornando-o uma das principais matérias-primas para a produção dos mais diversos produtos. No entanto, suas vantajosas características de resistência e durabilidade também transformaram esses polímeros em um sério problema ambiental. Após décadas de utilização contínua desse material, dados preocupantes mostram que os plásticos estão se acumulando em lixões, rios, beiras de praia e já contaminam até os oceanos. Para se informar do problema do plástico e compreender o que faz desse material e correlatos produtos tão presentes no cotidiano das pessoas, é fundamental entender conceitos como macromoléculas e polímeros. Com base nesses conceitos, podemos compreender melhor as estruturas e propriedades dos polímeros, além de conhecer diferentes técnicas de produção desses materiais. O estudo dos polímeros desenvolve nos estudantes competências para propor e realizar ações que visem à redução dos problemas ambientais ocasionados por seu descarte inadequado, bem como os levará a pensar a respeito de alternativas ecologicamente mais alinhadas com a ideia de sustentabilidade. O Tema mobiliza as competências gerais 1 e 7, ao solicitar que os estudantes argumentem sobre a importância dos polímeros, 2, ao propor que os estudantes analisem seu próprio material escolar, 4, por meio das representações orgânicas e poliméricas, 6 e 10, ao trabalhar a história

de Chico Mendes. Trabalham-se também, pelos mesmos motivos, as macroáreas dos TCTs Meio Ambiente, Cidadania e Civismo e Ciência e Tecnologia. As habilidades mobilizadas são EM13CNT101, por meio das reações de polimerização, EM13CNT104, EM13CNT301 e EM13CNT307, em momentos de análise da estrutura e das propriedades dos polímeros e quando se propõe aos estudantes a elaboração de textos, EM13CNT203 e EM13CNT206, ao abordar a luta de Chico Mendes. Consequentemente, trabalha-se também as competências específicas 1, 2 e 3.

Atividade extra

Plásticos no oceano Para o início do trabalho com esse Tema, pode-se solicitar aos estudantes que pesquisem imagens e reportagens sobre resíduos plásticos no oceano e façam um relatório da pesquisa realizada. Essa descrição pode conter tópicos como: os países mais poluentes, os impactos na vida marinha, os locais com maior concentração de resíduo plástico, o que diz a legislação brasileira sobre o assunto, as maneiras de reduzir o resíduo plástico nos oceanos, entre outros.

Unidades constituintes

Iniciar o trabalho abordando o boxe Reflita, que traz um questionamento sobre o tamanho máximo das moléculas. Explorar a representação esquemática de unidades constituintes de macromoléculas para ilustrar os conceitos de unidades constituintes e polímeros.

Materiais poliméricos

As estruturas e as propriedades dos polímeros são importantes para conhecer suas características e entender a importância desses materiais para a indústria e o desenvolvimento de um país. Com esses conceitos, o subtema aborda aspectos ambientais e sociais, por exemplo, por meio do boxe Formação cidadã: Chico Mendes e a luta pela preservação de seringueiras nativas, que aborda um episódio marcante na história do Brasil. Nesse boxe, destacam-se a vida e o trabalho do ativista Chico Mendes. Sua luta pela preservação da floresta e pelo trabalho dos seringueiros ganhou projeção mundial, mas infelizmente essa trajetória foi interrompida pela violência que envolveu os povos da floresta, latifundiários e comerciantes, estes preocupados com o lucro advindo dos produtos extraídos das matas. As atividades desse boxe promovem uma discussão interessante sobre lutas sociais e o ciclo da borracha no Brasil. Se possível, utilizar as discussões sobre a química do látex para construir uma relação com o subtema seguinte. Além disso, o boxe Reflita pode ser utilizado para criar uma abordagem ambiental ao Tema, pois faz um questionamento sobre o uso eficiente dos plásticos.

Reações de polimerização

Iniciar o subtema questionando os estudantes se todos os tipos de polímero são formados da mesma maneira, ou seja, se são formados pelo mesmo tipo de reação. Ouvir os estudantes e indicar que para cada finalidade existe um tipo de reação de polimerização, de modo que os polímeros não são formados da mesma maneira. O boxe Reflita pode ser utilizado nesse momento para trazer contexto ao questionamento.

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Para estudantes que apresentarem dificuldade na compreensão dos conceitos, pode-se abordar as reações utilizando exemplos com formas geométricas simples, como triângulos e quadrados, para facilitar a compreensão, e só depois representar as reações com moléculas.

Organizando as ideias

Integrando com Biologia

A Química Orgânica e o tratamento de efluentes O texto dessa seção apresenta a relação da Química Orgânica com o tratamento de efluentes. Com essa abordagem, os estudantes compreendem os impactos ambientais causados pela produção de resíduos e efluentes descartados em ambientes indevidos e sem o tratamento adequado. É importante que os estudantes compreendam o que é a fotocatálise e como a luz solar pode ser utilizada para o tratamento de efluentes. Essa abordagem pedagógica mobiliza as habilidades EM13CNT101, ao explorar processos químicos presentes no tratamento de efluentes, EM13CNT104, EM13CNT203, EM13CNT206, EM13CNT301 e EM13CNT307, ao analisar e argumentar, com posicionamento ético e responsável, sobre o impacto do descarte inadequado de resíduos no ambiente e como o tratamento adequado pode minimizá-los. Pelos mesmos motivos, a seção está de acordo com os TCTs Meio Ambiente, Saúde, Cidadania e Civismo e Ciência e Tecnologia. Consequentemente, trabalha-se também as competências específicas 1, 2 e 3.

Atividade extra

Jogo interativo de Química Orgânica Você já pensou em aprender Química Orgânica por meio de um jogo? Um grupo de estudantes da 3o ano do Ensino Técnico Integrado em Informática do Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, por meio de um projeto de iniciação científica, desenvolveu o jogo My Química Lab com foco no ensino de Química Orgânica. O jogo pode ser acessado pelo site disponível em: https:// myquimicalab.github.io (acesso em: 9 nov. 2024). Ele é ambientado em um laboratório muito parecido com o de jogos clássicos da série Pokémon. As teclas w, a, s e d do teclado são utilizadas para mover a cientista, e a tecla e é utilizada para a interação com os objetos presentes no cenário.

Ao se aproximar de um dos objetos e apertar a tecla e, é apresentada uma pergunta a ser respondida. Se a resposta estiver correta, ganham-se pontos de conquistas. Caso escolha não responder, a pergunta é pulada e a pergunta seguinte é exibida. Agora que vocês conhecem as regras, explorem o My Química Lab. Procedimentos Organizem-se em grupos com quatro integrantes. Cada grupo deverá indicar um líder. Esse líder deverá abrir o jogo e dialogar com os demais integrantes sobre a resposta para cada uma das perguntas. Respondam às perguntas e sigam acumulando pontos. Ao final, informe ao professor a pontuação do seu grupo. Observação para o professor: caso existam dificuldades de acesso ao jogo durante as aulas, sugere-se que as perguntas sejam acessadas previamente e, se possível, apresentá-las aos estudantes no formato impresso.

Possibilidades e Alternativas para a Avaliação

O trabalho pedagógico com os conceitos de Química Orgânica permite uma avaliação diversificada, abordando tanto os conceitos teóricos das funções orgânicas quanto as questões ambientais que surgem desses conceitos científicos. Uma abordagem possível é avaliar o aprendizado dos estudantes por meio das respostas às atividades propostas ao final de cada tema, complementando-as com questões de vestibulares que exploram o conceito químico em questão. É possível propor avaliações complementares, por exemplo, pesquisas sobre a exploração do petróleo no Brasil e no mundo. No caso brasileiro, a exploração do pré-sal, uma camada de rochas sedimentares sob o litoral, é um excelente tema para investigação. As pesquisas podem ser apresentadas oralmente ou em formatos variados, como imagens, vídeos e áudios. Estratégias como o júri simulado permitem que os estudantes organizem informações e discutam os benefícios e malefícios do uso do petróleo. As atividades das seções Formação cidadã também podem ser utilizadas como avaliações alternativas. A seção sobre sabões biodegradáveis, por exemplo, possibilita avaliar a capacidade dos estudantes de identificar como substâncias aparentemente inofensivas podem, em excesso, causar prejuízos ambientais. No final de cada Unidade, na seção Organizando as ideias, há uma síntese dos principais conceitos trabalhados, que serve tanto para proporcionar uma visão geral dos assuntos abordados e possibilitar a elaboração de avaliações quanto para o estudante realizar uma auto avaliação e saber quais são os pontos relevantes desse aprendizado. O texto proposto ao final da seção pode ser utilizado para avaliar a aprendizagem e esclarecer dúvidas remanescentes após o fechamento da Unidade. Constitui-se, igualmente, como um roteiro de estudo antes de iniciar os próximos Temas.

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Unidade 6 A Química e a sociedade Síntese da Unidade BNCC • Competências gerais: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 e 10. • Competências específicas de Ciências da Natureza e suas Tecnologias: 1, 2 e 3. • Habilidades de Ciências da Natureza: EM13CNT101, EM13CNT103, EM13CNT104, EM13CNT105, EM13CNT106, EM13CNT107, EM13CNT201, EM13CNT203, EM13CNT205, EM13CNT206, EM13CNT207, EM13CNT301, EM13CNT302, EM13CNT303, EM13CNT304, EM13CNT306, EM13CNT307, EM13CNT308, EM13CNT309 e EM13CNT310. Temas Contemporâneos Transversais • Cidadania e Civismo. • Ciência e Tecnologia. • Economia. • Meio Ambiente. • Saúde. Conteúdos • Funções inorgânicas. • Eletroquímica. • Radioatividade. • Química ambiental.

Objetivos da Unidade • Classificar as substâncias inorgânicas em função das suas características químicas. • Identificar as substâncias químicas óxidos, sais, ácidos, bases e hidretos presentes em situações cotidianas. • Compreender os fenômenos de redução e de oxidação. • Identificar os processos eletrolíticos envolvidos na geração de energia por meio de pilhas e baterias. • Diferenciar os processos espontâneos dos processos não espontâneos presentes na Eletroquímica. • Reconhecer a importância da radioatividade no desenvolvimento da Ciência. • Conhecer as principais aplicações da radioatividade em situações cotidianas. • Relacionar os conceitos químicos aprendidos com práticas sustentáveis.

Orientações gerais A Unidade 6 apresenta uma proposta que relaciona a Química e a sociedade, trabalhando questões ambientais e de desenvolvimento sustentável que impactam no desenvolvimento de um país. A Unidade aborda os conceitos de funções inorgânicas, Eletroquímica, radioatividade e Química Ambiental. O desenvolvimento de aprendizagem desses conceitos possibilita uma ação pedagógica contextualizada com base em diferentes exemplos e processos do cotidiano. Essa abordagem converge para o uso da Química de forma sustentável.

A opção por esse recurso resulta do entendimento de que o estudo da Química, além de democratizar o acesso a essa manifestação específica e rica da Ciência, deve capacitar as pessoas para que cuidem melhor do ambiente do qual fazem parte. Partindo dessa necessidade de compreender e cuidar do planeta, são apresentados aspectos sobre o cuidado da água, do solo e da atmosfera. A Química Verde promove uma postura responsável do uso de produtos químicos, demonstrando como a Química pode contribuir para a preservação e melhoria do planeta. O Livro do estudante levanta questões necessárias para gerar debates sobre situações relativas ao cuidado com as pessoas na utilização de produtos químicos, como o tratamento dos resíduos decorrentes do uso, por exemplo. Dois assuntos importantes para a relação da Química com a sociedade são a Eletroquímica e a radiação. A aplicação desses dois conceitos possibilita o avanço em diversas áreas do conhecimento, incluindo em questões ambientais.

Abertura de Unidade

A abertura da Unidade 6 apresenta uma imagem de um carro elétrico em processo de carregamento. Para associar Química e sociedade nesse contexto, perguntar aos estudantes a relação da eletricidade com a Química e, após a primeira rodada de respostas, ampliar o debate questionando como as pilhas e baterias armazenam energia e quais são as substâncias químicas que compõem a bateria de um carro elétrico, por exemplo. As perguntas apresentadas na abertura propõem um levantamento das ideias a respeito dos motores elétricos e sobre a relação do motor de combustão com a Química, ressaltando como a Ciência impacta a sociedade. Esse levantamento inicial permite que o estudante exercite a curiosidade intelectual e recorra à abordagem própria das ciências, desenvolvendo a competência geral 2 e o TCT Ciência e Tecnologia.

Tema 31 – Funções inorgânicas

Ao abordar as funções inorgânicas, apresenta-se uma maneira de classificar as substâncias em função das características semelhantes. Dialogar com os estudantes sobre a importância do processo de classificação e de categorização para a Ciência. Expor como exemplo a classificação que organiza as espécies de seres vivos criada na Biologia. Explicar aos estudantes que conhecer a classificação de uma substância auxilia no processo de identificação de suas propriedades. Dessa forma, saber se uma substância é ácida ou básica, por exemplo, permite antecipar algumas de suas características. O Tema utiliza textos, conteúdos extras, imagens e representações para apresentar as características das substâncias e como elas podem ser classificadas em uma das funções inorgânicas em estudo, o que promove as competências gerais 1 e 4, pois possibilita entender o conhecimento que foi historicamente construído e faz uso da linguagem científica necessária à compreensão da organização das substâncias propostas. Nesse contexto, representar reações químicas a partir de um modelo preestabelecido, por exemplo, de neutralização, mobiliza as habilidades EM13CNT101 e EM13CNT301. A obra possibilita que os estudantes analisem propriedades dos ácidos, como sabor azedo, reatividade com metais

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e alteração de cor em indicadores, para avaliar o uso dessas substâncias, mobilizando a habilidade EM13CNT307. Além disso, o entendimento da ação de ácidos e bases no organismo humano e como esses produtos podem atuar como medicamentos contempla o TCT Saúde e mobiliza a habilidade EM13CNT104. Ao identificarem métodos de verificação de informações e os impactos da disseminação de notícias falsas, os estudantes desenvolvem habilidades de elaboração de hipóteses, interpretação de textos científicos e análise da divulgação de informações ao público, promovendo, assim, as habilidades EM13CNT302 e EM13CNT303 e EM13CNT306. Esse processo também aprimora as competências gerais 5, 7, 9 e 10, relacionadas à construção de argumentos baseados em dados e atitudes de impacto coletivo, e o TCT Cidadania e Civismo. Consequentemente, trabalha-se também as competências específicas 1 e 3.

Leitura extra • Funções inorgânicas em quadrinhos O material a seguir aborda como os conceitos das funções inorgânicas podem ser trabalhados por meio de quadrinhos. RAMOS, Davi Souza et al. Funções inorgânicas em quadrinhos: uma ferramenta didática para o ensino de conceitos químicos no ensino médio. Educação, Música e Artes: contribuições e desafios no contexto escolar, Guarujá, v. 1, p. 109-133, 2022. Disponível em: https://downloads. editoracientifica.com.br/articles/211106813.pdf. Acesso em: 10 nov. 2024.

Óxidos

Para falar sobre os óxidos, é importante relacionar essa função inorgânica com a substância oxigênio. Para isso, indagar aos estudantes qual elemento químico tem relação com a palavra óxido e, em seguida, complementar com a pergunta presente no boxe Reflita. Esse caminho possibilita aos estudantes que relacionem o oxigênio com processos como a ferrugem. A ferrugem é um processo natural de oxidação do ferro em contato com o ar, que pode ser acelerado pela presença de outras substâncias, como a água e o sal. Esse processo, também conhecido como corrosão, pode ser reduzido ao proteger o material do contato com o oxigênio e outras substâncias que o causam; a pintura é a principal forma de proteção. Explorar as representações químicas indicadas para os óxidos e apresentar a nomenclatura utilizando os exemplos mostrados no Livro do estudante. O boxe Formação cidadã: Monóxido de di-hidrogênio (DHMO): uma substância tóxica? pode ser trabalhado com os estudantes para demonstrar como fatos cientificamente comprovados podem ser utilizados para construir conclusões equivocadas. Já o boxe Algo A+: O que são volumes de água oxigenada? pode ser utilizado para contextualizar os conceitos trabalhados ao apresentar um produto químico comercializado que pode estar presente no cotidiano de muitos estudantes.

Sais

A palavra sal é muito conhecida dos estudantes, e alguns deles podem até indicar os problemas de saúde provocados pelo consumo em excesso do sal de cozinha. Utilizando o boxe Reflita, é importante fazer um levantamento de quais outros

sais que os estudantes conhecem, enfatizando que o cloreto de sódio é um tipo de sal e que existem muitos outros. Utilizar o texto sobre os sais para apresentar aos estudantes a abordagem histórica das investigações científicas sobre essas substâncias. Explorar os exemplos de sais para mostrar a composição da nomenclatura, sempre realizando questionamentos para saber se eles são conhecidos pelos estudantes.

Ácidos

Iniciar o subtema questionando os estudantes se conhecem alimentos que são ácidos. Citar algumas frutas que são fontes de ácido cítrico e de ácido ascórbico (vitamina C), como o limão, para que os estudantes percebam que os ácidos estão presentes em muitos momentos do cotidiano. Em seguida, abordar o boxe Reflita, que complementa essa discussão. Destacar que os ácidos podem ser classificados conforme sua força e utilizar a imagem presente no subtema que mostra a ação de três diferentes tipos de ácido que variam de acordo com o grau de ionização.

Bases

Abordar o conceito de base, explorando produtos de limpeza que têm em sua composição essa função inorgânica. Esse passo é importante, pois o conceito de ácidos e bases é fundamental para compreender as reações de neutralização. Apresentar exemplos práticos, como, por exemplo, o uso do hidróxido de magnésio como medicamento para combater a acidez estomacal. Uma sugestão de ampliação está na abordagem do boxe Reflita, que solicita aos estudantes que realizem uma pesquisa sobre produtos alcalinos presentes na residência dos estudantes. Convém reforçar que a definição de Arrhenius é válida apenas para o comportamento de substâncias em solução aquosa. Já a caracterização de uma substância como ácida ou básica se dá em relação ao comportamento dela. Caso haja oportunidade para aprofundamento, pode-se abordar a existência de outras classificações, como a de Brönsted-Lowry e a de Lewis, que são ainda mais voltadas para o comportamento das substâncias em vez de focarem em suas estruturas.

Leitura extra • Discutindo o contexto das definições de ácido e base O artigo discorre sobre possíveis caminhos de ensino para as teorias de ácido e base, discutindo abordagens voltadas para a matéria e para o processo. SOUZA, Cleuzane R.; SILVA, Fernando C. Discutindo o contexto das definições de ácido e base. Química Nova na Escola, São Paulo, v. 40, n. 1, p. 14-18, fev. 2018. Disponível em: http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc 40_1/04-CCD-52-17.pdf. Acesso em: 10 nov. 2024.

Hidretos

Com base na função inorgânica hidretos, é possível construir uma ligação com o próximo Tema, que aborda a Eletroquímica. Dialogar com os estudantes sobre os principais usos dos hidretos, destacando as aplicações em baterias, que dialogam com a abertura da Unidade. Reforçar o caráter comportamental das transformações químicas ao evidenciar a carga negativa do átomo de hidrogênio em hidretos, comparando-a à carga positiva desse átomo em transformações que ocorrem em outros contextos. Se necessário, retomar o conceito de eletronegatividade.

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Tema 32 – Eletroquímica

Um dos avanços da humanidade foi o uso da eletricidade. O Tema 32 aborda a geração de energia elétrica por meio das reações químicas. Esse assunto pode ser facilmente contextualizado, pois é comum que os estudantes já tenham visto dispositivos eletrônicos que funcionem com energia elétrica convencional e com bateria, como, por exemplo, celulares, televisores e eletrodomésticos. O texto de abertura do tema dialoga com a competência geral 6 por meio de uma narrativa que explora características do progresso científico, especialmente se considerarmos que a pesquisa científica é uma das principais portas de entrada para o mundo do trabalho de formandos em Química. Para iniciar o Tema, sugerem-se os seguintes questionamentos aos estudantes: “Vocês conseguem imaginar como era a vida das pessoas sem energia elétrica? Que tipos de atividade vocês fazem hoje que não poderiam ser realizadas sem eletricidade?”. Caso haja algum estudante que já tenha passado por essa situação, ou que ainda passe, solicitar um relato, caso ele se sinta confortável em fazê-lo. Neste momento, é possível estabelecer uma relação entre eletricidade e Química, destacando como a Química está presente na produção de energia elétrica necessária para o funcionamento de equipamentos. Retomar o que foi discutido sobre carros elétricos na abertura da Unidade pode enriquecer a abordagem. Essa reflexão ajuda o estudante a compreender o funcionamento de equipamentos elétricos, mobilizando a habilidade EM13CNT308. A apresentação do percurso histórico da origem dos estudos sobre a eletroquímica possibilita o desenvolvimento da Competência Geral 1, pois eles podem valorizar e utilizar o conhecimento historicamente construído sobre o mundo físico. A competência geral 4 é desenvolvida com a representação química de reações de oxirredução e o processo de balanceamento desse tipo de equação, assim como as habilidades EM13CNT101 e EM13CNT107. O Tema explora os conceitos químicos de oxidação e de redução para a produção de energia elétrica, enfatizando o uso consciente da energia elétrica e o descarte adequado de pilhas e baterias para não prejudicar o ambiente, contemplando, assim, a habilidade EM13CNT106 e os TCTs Meio Ambiente, Cidadania e Civismo e Ciência e Tecnologia. Além disso, ao trabalhar o descarte adequado de pilhas e baterias, os estudantes desenvolvem a competência geral 10 e as habilidades EM13CNT104, EM13CNT203, EM13CNT306 e EM13CNT307, já que avaliam riscos em atividades cotidianas a partir das propriedade dos materiais, como a contaminar o solo e as águas e, consequentemente, ecossistemas. A habilidade EM13CNT309 também é trabalhada nesse momento, pois podemos classificar as pilhas e baterias não recarregáveis como recursos não renováveis. Consequentemente, trabalha-se também as competências específicas 1 e 3.

Origem dos estudos de Eletroquímica

O subtema apresenta parte da história da Eletroquímica, tema interessante da história das Ciências, porque, como acontece em muitos casos, deriva da observação de fenômenos presentes na vida de muitas pessoas. Para iniciar o trabalho, pedir aos estudantes que observem as imagens dos aparelhos construídos pelos cientistas e

perguntar se existe alguma semelhança com as pilhas atuais. O boxe Reflita pode ser utilizado para aprofundar a narrativa histórica apresentada nesse subtema.

Oxidação e redução

Para compreender a Eletroquímica, é fundamental compreender conceitos básicos como oxidação e redução. As reações que envolvem transferência de elétrons estão muito presentes no dia a dia das pessoas, seja por serem naturais, como a combustão, seja por sua utilidade prática, como acontece com o uso de pilhas e baterias. A abordagem inicial deve ser mediada pela pergunta do boxe Reflita. É possível que as respostas indiquem que a oxidação é uma reação com o oxigênio ou é o mesmo que processo de corrosão/ferrugem. Após explicar os conceitos de oxidação e de redução, apresentar a imagem do veículo enferrujado presente no Livro do estudante e indicar, com base nas equações químicas, o fluxo de elétrons. Ao explanar os conceitos do subtema, utilizar os exemplos mostrados no Livro do estudante, pois eles facilitam a compreensão das equações, principalmente na etapa de balanceamento. O boxe Espaços de aprendizagem indica um artigo que aborda a relação entre alimentação e Eletroquímica. Ele pode ser utilizado como atividade de ampliação ao solicitar um resumo do texto ou um trabalho em parceria com o componente Biologia, por exemplo, uma roda de discussão sobre o assunto. Durante o percurso, é essencial evitar verbos que possam levar os estudantes a interpretar que átomos e íons têm vontades ou intenções, como “doar”, “ceder” e “dar” elétrons, ou verbos que atribuam juízo de valor, como “ganhar” e “perder”. Esses termos atribuem características humanas às partículas, induzindo a uma visão incorreta do processo eletroquímico ao atribuir intenções ou juízos de valor a eventos que são, na realidade, fenômenos naturais regidos por forças de atração e repulsão entre cargas elétricas. Em vez disso, é preferível usar expressões como “transferência de elétrons” ou “movimento de elétrons” para enfatizar a natureza espontânea e impessoal das reações, facilitando a compreensão precisa e evitando concepções equivocadas que dificultam o entendimento de processos eletroquímicos mais complexos.

Pilhas e baterias

As pilhas são dispositivos amplamente utilizados na atualidade, que, por meio de reações de oxirredução, convertem energia química em energia elétrica. Atualmente, é raro um jovem ou adulto passar o dia sem usar uma pilha ou bateria. Para introduzir o assunto, perguntar à turma se alguém tem uma pilha ou bateria. A resposta afirmativa explicita como esses objetos são comuns. Caso não haja respostas positivas, questionar como o celular é capaz de funcionar sem estar ligado à tomada. Realizar um levantamento do conhecimento dos estudantes sobre a relação entre oxirredução e pilhas. Eles podem indicar que a transferência de elétrons que ocorre nas reações de oxirredução explica o processo de geração de energia nas pilhas. Para trabalhar o conceito de potencial eletroquímico de uma pilha, começar explicando o fundamento da célula galvânica. Apresentar as reações de oxidação e redução que ocorrem nas duas semicélulas para que os estudantes compreendam o papel dos elétrons e a direção do fluxo da corrente. Demonstrar como o uso de diferentes metais influencia o comportamen-

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to das pilhas, certificando-se de que os estudantes entendam adequadamente o conceito de potencial eletroquímico. Durante a explanação sobre pilhas e baterias modernas, o boxe Formação cidadã: Uso e descarte de pilhas e baterias pode ser trabalhado para fornecer aos estudantes informações sobre o descarte correto. Sugerir aos estudantes que verifiquem, em rótulos de pilhas e baterias, o destino correto desses objetos quando não apresentam mais utilidade. Essa situação é uma oportunidade para saber se eles fazem o descarte correto e corrigir práticas inadequadas. Com a leitura do texto, os estudantes reconhecerão os símbolos e as cores indicadas para o descarte adequado de pilhas e baterias.

Tema 33 – Eletroquímica: processos eletrolíticos

A compreensão da relação entre eletricidade e reações químicas possibilitou o desenvolvimento de processos industriais. A partir da eletrólise, por exemplo, foi possível a separação, em substâncias simples, de elementos até então não isolados, como o alumínio. A Eletroquímica é também responsável pelo surgimento de processos como a galvanoplastia, que possibilita a produção de objetos revestidos com metais, como os chamados cromados, niquelados e zincados. Já a folheação com ouro pode ser feita pela aplicação de finas folhas do metal sobre os objetos, como se fazia com as obras de arte no passado, ou por eletrodeposição desse metal em uma solução contendo íons de ouro. Para apresentar o Tema, abordar o assunto do texto de abertura e discutir com os estudantes como obter substâncias essenciais que possibilitem a habitação do ser humano em outros planetas. As habilidades EM13CNT101 e EM13CNT307 e as macroáreas Ciência e Tecnologia e Meio Ambiente, dos TCTs, são trabalhadas ao longo do tema, por exemplo, com a explicação do fenômeno de oxidação do ferro, a corrosão, que envolve uma análise das propriedades desse material, em um contexto em que há transformações da matéria, para avaliar seu uso no contexto da construção civil. A habilidade EM13CNT104 é trabalhada por meio da atividade 2, que solicita uma pesquisa sobre o sódio metálico, assim como a competência geral 2. Além dela, o tema trabalha as competências gerais 4, mobilizada por meio das equações matemáticas, equações químicas e ilustrações técnicas do tema, e 5, ao solicitar que os estudantes realizem pesquisas na internet. Consequentemente, trabalha-se também a competência específica 1.

Sugestão extra • Perdido em Marte Nesse filme, um astronauta é abandonado em Marte após uma missão fracassada e luta para sobreviver enquanto tenta se comunicar com a Terra. Indicado a sete prêmios Oscar, incluindo melhor filme e melhor ator (Matt Damon), o filme pode ser explorado para expandir a discussão da abertura do Tema. PERDIDO em Marte. Direção: Ridley Scott. EUA: 20th Century Fox, 2015. Streaming (141 min).

Eletrólise

Iniciar a abordagem do subtema perguntando aos estudantes o que eles conseguem compreender da palavra eletró-

lise e se existe alguma semelhança com a palavra eletricidade. Como ampliação, os estudantes podem pesquisar a origem da palavra para entender o seu significado, que é “decomposição por eletricidade”. Em seguida, trabalhar o boxe Reflita. Na sequência, explicar que, no Tema anterior, estudaram processos espontâneos e, neste Tema, vão compreender que a eletrólise é um processo não espontâneo, que demanda uma fonte de energia externa para ocorrer, como uma bateria, por exemplo. Utilizar a ilustração da célula eletrolítica genérica para explicar os conceitos de ânodo e cátodo, contrapondo-os com o Tema anterior. Se necessário, é possível relacioná-los com os polos da fonte elétrica (bateria).

Obtenção de alumínio e metais alcalinos

O alumínio é um metal de extrema importância para a sociedade. De modo geral, os processos de obtenção do alumínio ocorrem por meio da eletrólise e, caso achar conveniente, pode ser uma forma de contextualizar os processos eletrolíticos do subtema anterior. Por meio das equações químicas e da imagem apresentada no Livro do estudante, indicar que esse processo também é utilizado para a obtenção de alguns metais alcalinos. Para iniciar a abordagem desse subtema, trabalhar o boxe Reflita, que aborda a importância do processo de reciclagem do alumínio. Nesse momento, pontuar que a reciclagem de alumínio permite a economia de energia, diminui o custo de produção de novos objetos e polui menos o ambiente. Questionar se algum estudante já teve contato com a reciclagem de alumínio, em uma cooperativa, por exemplo, e, em caso positivo, solicitar um relato à turma.

Galvanoplastia

Para apresentar esse subtema, trabalhar o boxe Reflita, que trata de materiais galvanizados, niquelados e cromados. Construir um diálogo que incentive os estudantes a perceber que esses processos não são estritamente estéticos, ou seja, não são apenas para adicionar beleza ao metal, mas também uma ação de proteção do metal que está sendo revestido. Apresentar algumas das maneiras de revestir um metal por eletrodeposição.

Leis de Faraday

Esse subtema apresenta as leis de Faraday, cientista que introduziu o termo eletrólise. Em uma abordagem mais qualitativa, as representações matemáticas dessas leis são detalhadas por meio de textos explicativos que privilegiam o desenvolvimento dos conceitos. Explorar cada uma das representações matemáticas e apresentar exemplos, para que os estudantes percebam o percurso da resolução para situações-problema que possam surgir sobre esses conceitos. Abordar o boxe Algo A+: Como evitar a corrosão e destacar que grades e portões com frequência mostram sinais de corrosão, principalmente nas partes que tocam o solo ou a parede. O processo mais comum de proteção é a pintura, sendo necessário lixar o metal para deixar a superfície mais lisa e com melhor aderência. A corrosão pode ser um risco quando afeta grandes estruturas, como pontes e edifícios. Esse processo químico causa muitos prejuízos, que podem se tornar um sério problema econômico para diferentes países, já que aumentam os custos de manutenção ou reconstrução das estruturas. Esse fenômeno é constante no dia a dia

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das pessoas e, por isso, entendê-lo e saber como evitá-lo ou minimizá-lo é importante para a economia individual e do país. Diferentes metais estão sujeitos a processos de corrosão, que, por sua vez, estão relacionados a reações químicas nas quais há transferência de elétrons e, por isso, são objetos de estudo da Eletroquímica.

Leituras extras • Corrosão: um exemplo usual de fenômeno químico O artigo a seguir discute o fenômeno da corrosão, abordando os tipos, mecanismos e fatores que influenciam o processo, além de destacar a importância de estudar a corrosão para prevenir danos em materiais e estruturas. MERÇON, Fábio; GUIMARÃES, Pedro Ivo Canesso; MAINIER, Fernando Benedito. Corrosão: um exemplo usual de fenômeno químico. Química Nova na Escola, n. 19, p. 11-14, maio 2004. Disponível em: http://qnesc.sbq.org. br/online/qnesc19/a04.pdf. Acesso em: 10 nov. 2024. • Corrosão de metais por produtos de limpeza O artigo explora como produtos de limpeza podem provocar corrosão em metais, discutindo os mecanismos e os impactos desse processo, bem como a importância da escolha adequada de materiais para evitar degradação em ambientes domésticos e industriais. SOUZA, Elizabeth Teixeira de et al. Corrosão de metais por produtos de limpeza. Química Nova na Escola, n. 26, p. 44-46, nov. 2007. Disponível em: http://qnesc.sbq.org. br/online/qnesc26/v26a12.pdf. Acesso em: 10 nov. 2024.

Atividade extra

O risco da oxidação de metais utilizados na construção civil A proposta da atividade consiste na apresentação de soluções para problemas causados pela oxidação de metais utilizados na construção civil. Para iniciar, apresentar algumas reportagens que relatem a indicação da oxidação dos metais como a principal causa da oxidação, como a reportagem indicada a seguir sobre o rompimento da ponte entre Santa Catarina e Rio Grande do Sul em 2023. ROSA, Vitor. Laudo do IGP indica que ponte pênsil entre RS e SC rompeu por corrosão e que manutenção adequada poderia identificar o problema. G1, [s. l.]. 5 maio 2023. Disponível em: https://g1.globo.com/rs/rio-grande-do-sul/ noticia/2023/05/05/laudo-do-igp-indica-que-ponte-pensil -entre-rs-e-sc-rompeu-por-corrosao-e-que-manutencao -adequada-poderia-identificar-o-problema.ghtml. Acesso em: 10 nov. 2024. Após a leitura da reportagem, os estudantes devem ser organizados em grupos para explicar o fenômeno químico da corrosão de metais (oxidação) e apresentar soluções para o problema. Incentivar a criatividade propondo a produção de imagens, áudios e vídeos curtos.

Tema 34 – Radioatividade

Neste Tema, propõe-se a retomada de alguns conceitos iniciais sobre os modelos atômicos e suas partículas elementares. No entanto, nesse momento, o foco é o modelo atômico quântico. Assim, esse Tema tem a finalidade de expor aos estudantes a evolução a respeito do conhecimento sobre o átomo e a radioatividade, explorando as principais características das radiações emitidas pelos átomos radioativos.

As competências gerais 1, 6 e 10 e as habilidades EM13CNT207, EM13CNT301, são trabalhadas pela seção Formação cidadã: Marya Salomea Sklodowska: a mulher antes de Marie Curie, que discute o início da trajetória de Marie Curie e a presença das mulheres na Ciência, em conjunto com as narrativas históricas apresentadas ao longo do Tema. A competência geral 4 e as habilidades EM13CNT101, EM13CNT103 e EM13CNT201 e EM13CNT205 são trabalhadas durante os estudos sobre os fenômenos associados à radioatividade, como o decaimento radioativo, que utilizam representações químicas e gráficas e contribuem para um melhor entendimento do Universo. Já a habilidade EM13CNT307 é trabalhada no estudo sobre materiais fosforescentes. A atividade 5 trabalha as habilidades EM13CNT302 e EM13CNT304, as competências gerais 2, 7 e 9 e está alinhada com os TCTs Ciência e Tecnologia, Cidadania e Civismo, Saúde e Meio Ambiente, pois proporciona debates envolvendo toda a turma sobre temas como vacinas, mudanças climáticas, inteligência artificial e manipulação genética. Consequentemente, trabalha-se também as competências específicas 1, 2 e 3.

Modelos atômicos

Para entender a radioatividade, é imprescindível compreender a estrutura dos átomos, pois esses dois conhecimentos estão relacionados e se desenvolveram juntos. Retomar o conceito de átomo e os modelos já trabalhados no Livro do estudante, tendo como ponto de partida o boxe Reflita. Com base nas respostas, dialogar com os estudantes e apresentar as características do modelo atômico quântico. Ao apresentar o diagrama de distribuição eletrônica, reforçar que não há a necessidade de memorização, e sim de compreendê-lo e saber aplicá-lo em determinadas situações-problema.

Estudos sobre a radioatividade

Para iniciar o subtema, apresentar o questionamento do boxe Reflita, sobre a radiação ser um fenômeno artificial. Espera-se que os estudantes digam que é um fenômeno natural. Confirmar que se trata de um fenômeno natural e acrescentar que a radiação pode ser gerada artificialmente, como em aparelhos de raio X. Explorar o boxe Algo A+: Materiais fosforescentes, que oportuniza a contextualização dos conceitos abordados até o momento. Questionar se os estudantes já tiveram contato com algum tipo de objeto semelhante ao mostrado no boxe. Apresentar a imagem do casal Curie em seu laboratório. Essa imagem e o texto do boxe Formação cidadã: Marya Salomea Sklodowska: a mulher antes de Marie Curie abordam a trajetória da vida acadêmica de Marie Curie e podem ser utilizados como ponto de partida para um debate sobre a presença das mulheres na Ciência. O texto indicado na Leitura extra pode ser utilizado para embasar a discussão. O boxe Espaços de aprendizagem sugere uma animação sobre Marie Curie que pode ser trabalhada nesse momento.

Leitura extra • O Dia Internacional das Mulheres e Meninas na Ciência em números: qual é a situação das cientistas hoje?

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O artigo apresenta dados atualizados sobre a desigualdade de gênero na Ciência, destacando a participação de mulheres na área científica, os desafios enfrentados e os avanços conquistados. O DIA Internacional das Mulheres e Meninas na Ciência em números: qual é a situação das cientistas hoje? National Geographic Brasil, [s. l.], 6 mar. 2024. Disponível em: https://www.nationalgeographicbrasil. com/ciencia/2024/02/o-dia-internacional-das-mulheres -e-meninas-na-ciencia-em-numeros-qual-e-a-situa cao-das-cientistas-hoje. Acesso em: 10 nov. 2024.

Atividade extra • Questões éticas na Ciência Solicitar aos estudantes que pesquisem a biografia de Wilhelm C. Röentgen em livros e em páginas confiáveis da internet. Propor um debate sobre qual deve ser a postura de um cientista diante de uma descoberta revolucionária. Para direcionar o debate, propor a seguinte questão: O que você acha da atitude de Röentgen após ter ganhado o Nobel de Física? Buscar referências na internet e promover um debate sobre o altruísmo. A entrevista com Maria Suzana Menin, publicada na revista Nova Escola, pode ser utilizada como fonte para a discussão. SCACHETTI, Ana Ligia. Entrevista com Maria Suzana Menin. Nova Escola, [s. l.], 1 nov. 2012. Disponível em: https://novaescola.org.br/conteudo/887/entrevista-com -maria-suzana-menin. Acesso em: 10 nov. 2024.

Emissão de partículas

Iniciar o subtema com o boxe Reflita questionando aos estudantes o que faz um átomo ser um elemento radioativo. Os estudantes devem perceber que não são todos os átomos que possuem essa característica. Para esse subtema, é importante retomar o conceito de isótopos, que auxilia na compreensão dos tipos de radiação apresentados. Explorar o conceito de meia-vida e a datação por carbono-14, possibilitando, assim, uma abordagem contextualizada.

Tema 35 – Aplicações e implicações da radioatividade

O Tema apresenta aplicações e implicações da radioatividade. Espera-se que os estudantes percebam como a radioatividade está presente no cotidiano e estejam aptos a compreender questões relacionadas ao uso e controle da energia nuclear. São apresentados os avanços na área da Medicina decorrentes da aplicação dos conceitos de radioatividade, além de implicações e controvérsias sobre seu uso, como os acidentes que ocorreram em algumas usinas nucleares. A discussão sobre as aplicações da radioatividade, como medicina nuclear e combate à dengue, trabalha as habilidades EM13CNT103 e EM13CNT104 e permite o trabalho com os TCTs Saúde, Meio Ambiente e Ciência e Tecnologia. A abordagem sobre a energia nuclear mobiliza as habilidades EM13CNT301 e EM13CNT304 e a competência geral 10, pois coloca em questão uma aplicação controversa dos conhecimentos de Ciências da Natureza, assim como a EM13CNT101, ao representar o processo de fissão nuclear.

A análise da matriz energética brasileira, apresentada por meio de um gráfico, desenvolve a competência geral 4, pois emprega uma linguagem específica das Ciências e da Matemática, e mobiliza as habilidades EM13CNT303 e EM13CNT310, já que os estudantes precisam interpretar um texto de divulgação científica a respeito da infraestrutura energética brasileira. Além disso, a análise contextualizada da matriz energética oferece uma oportunidade para abordar o TCT Economia. A discussão sobre datação por carbono-14 possibilita o trabalho da habilidade EM13CNT201, já que essa técnica é utilizada para estudar o que aconteceu na Terra há milhares e até milhões de anos. Consequentemente, trabalha-se também as competências específicas 1 e 3.

Radioatividade no cotidiano

Iniciar o subtema com a pergunta apresentada no boxe Reflita, que aborda a interferência do uso da radioatividade na sociedade. Apresentar as imagens do início desse subtema com o objetivo de demonstrar os avanços na área da Medicina. Questionar se algum estudante já realizou exames específicos com equipamentos que funcionam por meio da radioatividade. Nesse momento, pode-se realizar uma discussão sobre o tratamento do câncer de mama por meio da radioterapia, assunto discutido no boxe Algo A+: O melhor tratamento para o câncer é a prevenção. Esse tipo de câncer é o segundo mais comum no mundo, superado apenas pelo câncer de pele. Outro dado importante é que o autoexame aumenta as chances de o tumor ser encontrado a tempo para um tratamento eficaz; por isso, a importância da divulgação dessa prática. Apesar de o câncer de mama atingir predominantemente, mas não exclusivamente, as mulheres, é importante que os homens também discutam esse assunto. É relevante destacar outras aplicações da radioatividade, como o raio laser, que é formado por feixes contínuos de luz concentrados, e a radiografia, utilizada como recurso para o diagnóstico médico, na qual as imagens são obtidas pela emissão de raios X devido à diferença de permeabilidade dos tecidos de nosso corpo aos raios emitidos. O boxe Espaços de aprendizagem sugere um texto que aborda a miopia e pode ser utilizado como aprofundamento. Nesse caso, convém questionar os estudantes que têm miopia como é viver com essa doença, comentando, por exemplo, as dificuldades que enfrentam e se eles gostariam de realizar a cirurgia.

Energia nuclear

Para abordar esse subtema, iniciar com o boxe Reflita, questionando os estudantes se eles são a favor ou contra o uso da energia nuclear. Espera-se que eles apresentem argumentos com base em histórias ou na ficção científica. Nesse caso, convém separar o que é ficção da realidade. Apresentar as usinas nucleares brasileiras, Angra 1 e Angra 2, pode apresentar aspectos da realidade aos estudantes. Explorar também, se possível, o problema do descarte de resíduos, o perigo de acidentes e os artefatos nucleares usados em guerras. Em um debate, é importante abordar que a bomba atômica surgiu do trabalho de um grupo de cientistas em busca de uma arma mais poderosa que as existentes. Eles foram financiados pelo governo dos Estados Unidos, que defendia a criação da bomba atômica para confrontar o poderio bélico dos inimigos, o chamado Eixo (Alemanha (principalmente), Japão e Itália), na Segunda Guerra Mundial.

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O uso da energia nuclear é um tema polêmico, principalmente devido ao risco do uso de processos radioativos, apesar da grande tecnologia já desenvolvida nesse sentido. Histórias de acidentes são sempre utilizadas como justificativa por aqueles que se opõem ao uso da energia nuclear. Em contrapartida, um dos argumentos empregados pelos defensores da utilização desse tipo de energia é o menor impacto ambiental quando comparado às usinas hidrelétricas, por exemplo, que causam modificações no curso de rios para utilizar a água no processo de geração de energia elétrica. Para aprofundar a discussão, trabalhar o boxe Formação cidadã: O papel da energia nuclear na matriz energética brasileira, que aborda as usinas nucleares e a matriz energética do Brasil. O boxe Espaços de aprendizagem também pode ser trabalhado nesse momento. Ele indica um vídeo que aborda o famoso acidente de Chernobyl.

Tema 36 – A Química e o ambiente

O Tema 36 encerra o Livro do Estudante com a retomada das questões ambientais abordadas ao longo da obra. Essa opção resulta do entendimento de que o estudo da Química deve capacitar as pessoas para que cuidem melhor do ambiente do qual fazem parte. O Tema aborda as relações da Química com a água, o solo e a atmosfera, promovendo questões sobre o desenvolvimento sustentável, e a Química Verde, uma resposta ao uso de produtos químicos e uma demonstração de como a Química pode contribuir para a melhoria do planeta. A abordagem apresentada destaca a importância de compreender conceitos químicos para desenvolver uma percepção crítica sobre o uso da água, do solo e a preservação da camada gasosa do planeta, orientando o trabalho para o desenvolvimento sustentável. Assim, essa abordagem contempla a competência geral 10 e os TCTs Meio Ambiente, Cidadania e Civismo, Saúde e Ciência e Tecnologia. De forma complementar, a discussão sobre Química e desenvolvimento sustentável, especialmente os princípios da Química Verde, mobilizam a competência geral 6. A habilidade EM13CNT310 é trabalhada na atividade 1, que propõe uma análise sobre o abastecimento de água na região de residência dos estudantes. A atividade 4 propõe uma pesquisa, seguida de um debate envolvendo toda a turma, sobre os prós e contras do uso de agrotóxicos na agricultura e seus impactos no meio ambiente e na saúde humana, mobilizando, assim, as competências gerais 2, 4, 7, 8 e 9 e as habilidades EM13CNT104, EM13CNT105, EM13CNT203, EM13CNT205, EM13CNT206, EM13CNT301, EM13CNT302, EM13CNT304, EM13CNT306 e EM13CNT307. O trabalho com essas competências e habilidades é reforçado nas demais atividades do Tema, por exemplo, a 7, que propõe uma análise sobre o conceito de pegada ecológica, e a 9, que explora a Política Nacional de Resíduos Sólidos. Consequentemente, trabalha-se também as competências específicas 1, 2 e 3.

A água

Iniciar o subtema investigando se os estudantes compreendem que a quantidade de água no planeta é aproximadamente constante, mas a porção própria para o consumo está diminuindo cada vez mais. O boxe Espaços de aprendizagem indica um vídeo sobre os rios voadores. Caso não seja possível trabalhá-lo, utilizar a

ilustração presente no Livro do estudante. Um aspecto importante que deve ser abordado é o consumo consciente da água. A pergunta do boxe Reflita traz elementos para que os estudantes percebam que a quantidade de água descartada em forma de efluentes não retorna como água própria para consumo se não houver tratamento.

Sugestão extra • Rios voadores O vídeo apresenta a importância da Floresta Amazônica e da umidade do ar produzida por ela, processo que recebe o nome de rios voadores. ‘RIO voadores’: fenômeno natural leva umidade da Floresta Amazônica para outras regiões. [S. l.: s. n.], 2020. 1 vídeo (7 min). Publicado pelo canal Repórter Eco. Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=0R 0tXcOTZDw. Acesso em: 10 nov. 2024.

O solo

A contaminação da água em decorrência de ações indevidas é mais perceptível para os estudantes do que a compreensão de que substâncias químicas podem penetrar nas camadas do solo e torná-lo infértil. Questionar os estudantes sobre as consequências ambientais do uso inadequado do solo. Eles podem citar diferentes práticas que impactam na qualidade do solo. O manejo inadequado do solo, além de ser uma questão ecológica, está relacionado à questão econômica, pois o solo se torna improdutivo com a desertificação. Mas se não for causada por questões climáticas, existem várias técnicas de manejo mais alinhadas à conservação do solo e que se revelam economicamente mais eficazes do que levar o solo ao total esgotamento. As práticas agrícolas podem e devem ser abordadas no decorrer desse subtema, especialmente questões que envolvem o uso de agrotóxicos, que estão diretamente relacionadas com a Química.

A atmosfera

O subtema pode ser iniciado com o questionamento sobre a qualidade do ar que os estudantes respiram, presente no boxe Reflita. Dependendo da localidade, podem surgir respostas distintas, mas o objetivo é identificar como a atmosfera interfere na qualidade de vida da população. Atualmente, há muitas cidades com níveis ambientais bastante prejudicados pela presença de rios e ar poluídos, excesso de barulho e pessoas, bem como pouca vegetação. Há lugares, por outro lado, em que existe uma busca consciente pela melhoria da qualidade de vida, combatendo essas características danosas. A Ciência, nesse sentido, pode ter participação preponderante na melhoria dos índices ambientais, atualmente insatisfatórios. Se foi ela que, em grande parte, possibilitou o desenvolvimento da indústria e da corrida armamentista, também se pode esperar que de dentro dos laboratórios saiam soluções lógicas e inovadoras para melhorar as condições ambientais de todo o planeta. Seguindo esse raciocínio, discutir com os estudantes as condições ambientais da cidade em que moram, do país e, por fim, a atual situação mundial. Ainda que hipotéticas, solicitar sugestões para solucionar problemas ambientais com o auxílio da Ciência.

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Sugestão extra • Simulando a chuva ácida O seguinte experimento propõe a simulação da formação da chuva ácida na atmosfera e sua ação sobre as plantas, representadas por duas pétalas de rosa. No experimento, é utilizado o enxofre em pó que pode ser adquirido em lojas de materiais agrícolas, pois é comercializado como fertilizante. EXPERIMENTO e questões sobre chuva ácida. São Paulo: Laboratório de Química Ambiental: USP, c2006. Disponível em: https://www.usp.br/qambiental/chuva_ acidaExperimento.html#:~:text=Coloque%20cerca%20 de%205%20cm,papel%20tornassol%20e%20na%20p%C3% A9tala. Acesso em: 10 nov. 2024.

Atividade extra • Medindo o oxigênio do ar O experimento determina o teor aproximado do oxigênio do ar atmosférico com base na reação de oxidação do ferro presente na palha de aço. Para a realização do experimento, sugere-se seguir as orientações da proposta indicada a seguir. MEDINDO o oxigênio no ar. Fortaleza: Seara da Ciência: UFC, [2024]. Disponível em: https://seara.ufc.br/pt/ sugestoes-para-feira-de-ciencias/sugestoes-de -quimica/medindo-o-oxigenio-no-ar/. Acesso em: 10 nov. 2024. Após a realização do experimento, que pode ser feito pelos estudantes organizados em grupos, ou mesmo no formato demonstrativo, propor aos estudantes a elaboração de um relatório explicando o processo de oxidação do ferro e sugerindo alternativas que impeçam a oxidação de determinados metais que estão presentes em situações cotidianas para evitar acidentes.

Química e desenvolvimento sustentável

Dialogar com os estudantes sobre as contribuições que eles podem fazer para uma sociedade sustentável, trabalhando o boxe Reflita. Ao longo das discussões, apresentar alguns itens que são comuns no cotidiano, mas que causam problemas ambientais, e perguntar aos estudantes se seria possível viver sem eles, por exemplo, as baterias, cujo descarte indevido contamina o solo. Ao viver em uma sociedade industrializada, é comum o uso de diferentes produtos químicos a todo instante. Utilizá-los de forma consciente pode significar a diferença entre o saudável e o tóxico. Além disso, as pesquisas científicas continuam na busca por produtos que possam substituir os poluentes ou substâncias que ajudem a reverter a contaminação. Por isso, a cobrança da sociedade por novas posturas levou à definição dos princípios da Química para o futuro, priorizando o cuidado com o ambiente e as pessoas. Alguns desses princípios fazem parte da chamada Química Verde. Esses cuidados são necessários devido às relações da Química com o solo, a água e o ar por meio de diferentes processos químicos. Para entender esses sistemas, é fundamental compreender a Química. Os vídeos presentes no boxe Espaços de aprendizagem podem ser utilizados para aprofundar o conceito de Química Verde com exemplos práticos.

Organizando as ideias

Integrando com Física

Sensores Um assunto importante é a integração da computação no cotidiano das pessoas. Em muitas situações, não se percebe como a comunicação com as máquinas, por meio do código binário, está inserida em diversos equipamentos elétricos. A seção aborda a comunicação com as máquinas e como esses equipamentos eletrônicos podem retirar informações do ambiente por meio dos sensores. As atividades requerem análises sobre sistemas automatizados, como o termômetro digital, que utiliza diferentes metais em função de suas propriedades, e os sensores de fumaça, que utilizam material radioativo, de modo a trabalhar as habilidades EM13CNT307 e EM13CNT308. É possível ampliar a discussão do impacto da automação no mundo do trabalho em conjunto com os professores de Ciências Humanas e Sociais Aplicadas. A atividade 4 solicita que os estudantes proponham uma forma de divulgar como funciona o bafômetro eletrônico e os perigos do consumo de bebida alcoólica associada à direção, mobilizando, consequentemente, as competências gerais 2, 3, 4, 5, 7 e 10, as habilidades EM13CNT101, EM13CNT104, EM13CNT205, EM13CNT207, EM13CNT301, EM13CNT302 e EM13CNT306 e os TCTs Ciência e Tecnologia e Cidadania e Civismo.

Possibilidades e Alternativas para a Avaliação

A Unidade 6 aborda temas que podem gerar discussões baseadas em fatos científicos. Caso surjam opiniões divergentes entre os estudantes, uma avaliação indicada é o júri simulado, no qual os estudantes apresentam fatos e argumentos para defender suas opiniões. Outra proposta de avaliação é o estudo de caso e a análise de problemas: apresentar aos estudantes um cenário específico, como a construção de uma usina nuclear local, para que argumentem cientificamente em uma audiência simulada. A abordagem teórica dos conceitos pode ser avaliada pelas atividades propostas ao final de cada tema. No final de cada Unidade, na seção Organizando as ideias, há uma síntese dos principais conceitos trabalhados, que serve tanto para proporcionar uma visão geral dos assuntos abordados e possibilitar a elaboração de avaliações quanto para o estudante realizar uma auto avaliação e saber quais são os pontos relevantes desse aprendizado. O texto proposto ao final da seção pode ser utilizado para avaliar a aprendizagem e esclarecer dúvidas remanescentes após o fechamento da Unidade. Constitui-se, igualmente, como um roteiro de estudo antes de iniciar os próximos Temas.

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RESOLUÇÕES DAS ATIVIDADES PROPOSTAS NO LIVRO DO ESTUDANTE

Unidade 1 • Química: a Ciência dos materiais e de suas transformações

Tema 2 • Química: Ciência da Natureza

Abertura

atividades, como preparar um café (nesse caso, a água quente extrai substâncias presentes no pó do café que são hidrossolúveis, ou seja, solúveis em água) e fazer uma receita, que envolve transformar ingredientes simples (reagentes) em pratos elaborados (produtos), conhecendo as proporções e as medidas da quantidade de massa de cada ingrediente. 2. Respostas pessoais. É importante, neste momento, explorar os conhecimentos prévios dos estudantes. A alquimia tem uma forte presença na cultura popular, principalmente no universo da literatura e do cinema de fantasia, o que pode influenciar as concepções deles. Vale retomar essas questões após apresentar os próximos tópicos. Os estudantes podem considerar que as práticas dos alquimistas envolviam muitos experimentos com substâncias e materiais, que são aspectos basilares da Química atual. 3. Respostas pessoais. O objetivo deste questionamento não é apontar erros e acertos por parte dos estudantes. Pretende-se fazê-los perceber que é possível abordar um fenômeno em três níveis: fenomenológico, teórico e representacional.

1. Espera-se que os estudantes indiquem que a luz emitida resulta de transformações químicas que liberam grande quantidade de energia. 2. Os estudantes podem citar a formação de ferrugem, o cozimento de alimentos, a queima de combustível para o movimento de automóveis, entre muitos outros.

Tema 1 • O que é Ciência? Reflita 1. Resposta pessoal. É importante fazer com que os estudantes se

sintam seguros para falar de suas experiências, possibilitando que eles aprendam a se expressar em sala de aula. 2. Resposta pessoal. Esta é uma oportunidade para que os estudantes se expressem sem o compromisso de respostas certas. As respostas não devem ser julgadas, só acolhidas. 3. Os estudantes podem indicar que muitas informações sobre novas descobertas são obtidas por meio da televisão e da internet.

Atividades 1. Resposta possível: O senso comum é o saber social, ou seja, trata-se de um conjunto de ideias adquiridas pelos indivíduos com base em experiências, observações e vivências do mundo. Já o conhecimento científico é construído com base em investigações científicas que fornecem explicações sistemáticas a respeito de diversos assuntos. Essas explicações podem ser testadas ou criticadas por meio de discussões e evidências empíricas. 2. Resposta possível: A Ciência não produz verdades absolutas, mas possibilita um conhecimento crescente de fenômenos com base em metodologias sistemáticas. Com o passar do tempo, as teorias elaboradas podem ser refinadas ou mesmo abandonadas em favor de outras mais completas. A Ciência é, em suma, complexa, falível e repleta de vaivéns. 3. Resposta possível: Com base no estudo das Ciências, é possível compreender melhor o mundo e o funcionamento da natureza como um todo, bem como os fenômenos naturais. 4. Resposta pessoal. Vale orientar a busca pelas informações, seja na internet, seja em bibliotecas. Caso tenha participado de um congresso recentemente, sugere-se o compartilhamento da experiência com os estudantes. 5. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes identifiquem apenas uma mulher na fotografia, Marie Curie. Eles podem explicar a ausência de mulheres em um congresso científico desse período por motivo de dificuldade de acesso à escolarização direcionada para uma carreira científica. No início do século XX, o acesso das mulheres ao Ensino Superior era limitado. Quando conseguiam superar essa barreira, enfrentavam ainda preconceitos e limitações sociais que dificultavam a participação e o reconhecimento em áreas como Física e Química, historicamente predominadas por homens. Nas últimas décadas, houve um aumento da presença e da participação de mulheres nas áreas de Ciência, Tecnologia, Engenharia e Matemática, conhecidas como Stem, especialmente em razão de esforços globais para promover a igualdade de gênero e o aumento da representatividade feminina nessas áreas. 6. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes recorram a jornais impressos ou à internet para selecionar a reportagem. Eles devem resumir, de maneira objetiva, os tópicos abordados nela. 7. Resposta pessoal. É importante auxiliar os estudantes no levantamento de ideias e na organização do texto de divulgação, apresentando os objetivos, os procedimentos e as conclusões da descoberta ou criação.

Reflita 1. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes mencionem

Formação cidadã 1. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes selecionem um

artigo, interpretem-no e façam observações que sejam pertinentes ao conteúdo. 2. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes selecionem uma lei, norma ou resolução, interpretem-na e façam observações que sejam pertinentes ao conteúdo dela.

Atividades 1. Resposta pessoal. É importante, neste momento, conduzir a

atividade realizando um levantamento dos produtos que os estudantes utilizam. Eles podem indicar produtos de higiene pessoal, produtos alimentícios, vestuário e equipamentos tecnológicos. Em relação aos últimos citados, sugerir a eles que abordem os componentes, como os metais, utilizados em sua fabricação. 2. Resposta pessoal. A Química, como Ciência que estuda os materiais e suas transformações, está presente na vida das pessoas, porque, a todo instante, elas lidam com objetos feitos de materiais e com produtos que resultam das transformações desses materiais. Entender conceitos químicos permite às pessoas lidarem com tudo o que as cerca de forma mais consciente. Vale reforçar que o conhecimento químico possibilitou a criação de uma série de materiais, como o plástico, mas não é um fato muito lembrado pelas pessoas. 3. Resposta pessoal. É importante que os estudantes conheçam a LDB e, por meio dela, aprendam a analisar leis, considerando aspectos que lhes dizem respeito, como os objetivos do Ensino Médio. Dessa forma, entenderão o enfoque e a importância da formação cidadã destacada nesta obra. Apresentar aos estudantes alguns artigos da LDB, como o art. 24, inciso I, que estabelece a carga horária de 1 000 horas e 200 dias letivos para o Ensino Médio. 4. É provável que os estudantes explorem os materiais que compõem os objetos mencionados por eles, como lâmpadas, borrachas, plásticos, tintas, papel etc. As propriedades desses materiais, cujo entendimento é considerado uma contribuição do conhecimento químico, podem ser exploradas. Por exemplo, os estudantes podem apontar a variação de eficiência em diferentes borrachas e as diversas cores, texturas e propriedades mecânicas de objetos plásticos. É válido reforçar que, nessa proposta, o objetivo é promover uma dinâmica saudável e respeitosa entre os estudantes. 5. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes representem substâncias e descrevam o que acontece nos fenômenos que conhecem. Essa atividade é uma oportunidade para analisar o que eles compreendem dos fenômenos que observam. Para ajudar os estudantes no desenvolvimento desta atividade, sugere-se a leitura do artigo de Eduardo Fleury Mortimer, "Concepções atomistas dos estudantes", disponível em: http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc01/aluno.pdf (acesso em: 26 out. 2024).

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Tema 3 • Materiais Reflita 1. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes reflitam sobre

a importância da diversidade de materiais, uma vez que suas propriedades são diferentes. 2. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes escolham um material e citem algumas propriedades para descrevê-lo. 3. A padronização é importante para que a medida seja universal independentemente de onde for realizada, evitando discrepâncias de medição em diferentes lugares.

Atividades 1. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes indiquem que os

utensílios ancestrais eram fabricados de materiais encontrados prontos na natureza (pedras, madeiras, chifres etc.), sendo, no máximo, moldados para se tornarem cortantes ou perfurantes. 2. As medidas 80 oz/5 lb equivalem a, aproximadamente, 2,27 kg após a conversão por meio de uma regra de três simples. Os estudantes podem apontar que o fator de conversão usado é o fornecido pelo enunciado. 3. a) Resposta pessoal. É importante auxiliar os estudantes na organização dos dados para compor a tabela. Assim, eles podem perceber a diferença da quantidade de palmos de cada integrante do grupo para cada objeto medido. b) Os estudantes podem indicar a régua, o metro ou a trena. 4. Os estudantes devem indicar que a letra k representa o prefixo kilo. Logo, devem deduzir que o jogador sofreu 2 500 k de dano. 5. Os estudantes precisam estar atentos para a unidade de medida da grandeza temperatura. No caso apresentado, é provável que o termômetro utiliza o grau Fahrenheit e, por isso, não estava com defeito. 6. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes indiquem que, com os dados de densidade e volume apresentados, é possível determinar a massa dos objetos por meio da seguinte relação: massa = densidade ? volume.

Tema 4 • Caracterizar e separar substâncias Reflita 1. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes, com base em

conhecimentos prévios a respeito desses conceitos, concluam que eles têm mais contato com materiais. 2. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes respondam, por exemplo, objetos escolares e de lazer para o estado sólido, água para o estado líquido e ar para o estado gasoso. 3. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes indiquem, por exemplo, a filtração do café ou a remoção da água durante o preparo de algum alimento, como o macarrão.

Formação cidadã 1. Resposta pessoal. As pesquisas vão conduzir os estudantes a diferentes informações que podem ser apresentadas e debatidas em sala de aula. Espera-se que eles identifiquem que o álcool etílico é um produto de toxicidade relativamente baixa (mas que pode ser aguda em contextos específicos) com características antissépticas e desinfetantes, ou seja, atua contra microrganismos patogênicos. 2. O material formado pela mistura de 70% álcool e 30% água é o que apresenta melhor efeito bactericida, porque a água auxilia o contato entre o álcool e o microrganismo. Outras proporções de álcool e água são menos eficientes, pois apresentam menos álcool, que é a substância efetivamente bactericida, ou água insuficiente para realizar esse efeito auxiliar.

Atividades 1. Considerando as informações referentes às temperaturas de fusão e de ebulição, tem-se: A: material azeotrópico; B: material eutético; C: material comum.

2. a) A água destilada não apresenta impurezas, mas também

não apresenta minerais essenciais, como cálcio, magnésio e potássio, importantes para o funcionamento do corpo humano. Beber apenas água destilada pode levar a uma deficiência desses minerais. Além disso, ela pode diluir os eletrólitos no corpo, como sódio e potássio, necessários para a função celular e a regulação dos fluidos corporais. Esse desequilíbrio pode causar problemas de saúde, como fadiga, cãibras musculares e, em casos graves, distúrbios cardíacos. Os estudantes podem mencionar também que ela pode causar a extração de minerais dos tecidos do corpo. b) A água mineral contém uma variedade de minerais que podem interferir em reações químicas. Esses minerais podem reagir com reagentes, introduzindo variáveis indesejadas que comprometem a precisão dos experimentos e a exatidão dos resultados. Em um ambiente laboratorial, é essencial que todos os reagentes e solventes, incluindo a água, sejam os mais puros possíveis para garantir que qualquer observação ou medida feita durante os experimentos esteja relacionada ao reagente ou à condição testada, e não a contaminantes. c) O que diferencia a água destilada da água mineral é o processo de destilação, que remove impurezas, mas também remove da água os sais minerais, como cálcio, magnésio, sódio e potássio, que são importantes para a saúde. 3. Resposta pessoal. É possível verificar essas informações no site da empresa de abastecimento de água da região, mas pode-se afirmar que a maior parte da água captada no Brasil provém de rios, lagos e represas. Após a captação, ocorre o processo de tratamento antes do abastecimento final das residências. 4. Espera-se que os estudantes consigam classificar as combinações. Por exemplo, água e álcool formam uma solução; água e óleo de soja, um material heterogêneo; etc. 5. Nos oceanos, mares, lagos, rios e lençóis freáticos, a água é encontrada no estado líquido; na atmosfera terrestre, a água está no estado de vapor; e, nas geleiras e calotas polares, a água está no estado sólido. 6. Resposta pessoal. Os estudantes podem citar água, suco, café e leite como materiais no estado líquido; o gás oxigênio e o gás carbônico como exemplos de materiais no estado gasoso; e ferro, madeira e gelo como exemplos de materiais no estado sólido. 7. No ciclo da água, há a evaporação (um tipo de vaporização) das águas dos oceanos, rios e lagos, que é a passagem do estado líquido para o gasoso; a liquefação na formação da chuva (precipitação), que é a passagem do estado gasoso para o líquido; e a solidificação na formação de granizo, neve e geleiras, que é a passagem do estado líquido para o sólido. 8. I: centrifugação; II: peneiração; III: decantação ou filtração; IV: destilação.

Tema 5 • Transformações da matéria Reflita 1. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes destaquem a

relação da palavra transformar com a constituição de algo novo (produção). 2. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes indiquem que os materiais dão origem a algo novo. Incentivá-los apresentando algumas situações em que as reações químicas produzem energia. 3. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes indiquem situações como o processo de cozimento de um alimento, a combustão que ocorre em alguns meios de transporte, o amadurecimento de uma fruta (citar que o processo de amadurecimento é uma transformação química) e o processo de respiração.

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Formação cidadã 1. Resposta pessoal. Muitos dos termos científicos apresentados

já foram estudados, mesmo que superficialmente, no Ensino Fundamental – Anos Finais. Além disso, são termos presentes nos noticiários e, de certo modo, fazem parte do vocabulário dos estudantes. Sob supervisão, deixar o grupo conversar e trocar concepções prévias a respeito dos assuntos antes de uma pesquisa formal, que será sugerida na atividade seguinte. 2. Respostas pessoais. Os itens desta atividade têm o objetivo de nortear a pesquisa, de modo que sejam identificados os recursos envolvidos nos setores escolhidos. 3. Resposta pessoal. Algumas possibilidades de material são um texto argumentativo (em tópicos curtos, por exemplo), um painel ou um cartaz. Caso haja recursos disponíveis, pode-se solicitar a produção de um videocast, um podcast ou uma sequência de vídeos curtos. Como forma de ampliação, pode-se organizar uma simulação do Fórum Econômico Mundial, em que cada grupo representa diferentes setores econômicos e discute iniciativas de cooperação pública e privada. Esse formato possibilita integração com a área de Ciências Humanas e Sociais Aplicadas e pode contar com a colaboração do corpo docente dos componentes curriculares de Geografia e/ou Sociologia e dos demais componentes de Ciências da Natureza e suas Tecnologias.

Atividades 1. Respostas pessoais. Espera-se que os estudantes criem repre-

sentações com base no que foi descrito. A ideia é refletir sobre os processos e pensar nas transformações envolvidas, mais do que chegar a respostas corretas do ponto de vista químico. Durante as discussões em grupo, conduzir o debate para uma escuta ativa e uma validação das contribuições da turma, de modo a promover o respeito entre os estudantes no confronto de ideias. 2. Trata-se de um fenômeno químico, pois o processo de decomposição transforma os componentes da fruta em outras substâncias. Em outras palavras, as substâncias que compõem a fruta são diferentes antes e depois do processo. 3. São fenômenos físicos, pois não há formação de novas substâncias nesses processos. Isto é, esses fenômenos ocorrem em razão da mudança de estado físico da água.

Tema 6 • Leis ponderais Reflita 1. Resposta pessoal. Os estudantes podem mencionar, com base

em suas observações, que a massa da madeira diminui ao ser queimada ou que o arroz cozido é mais pesado do que o arroz cru (considerando a massa de todos os materiais envolvidos no cozimento, e não só do arroz cru), entre outras possibilidades. 2. Crescimento proporcional é quando uma quantidade aumenta ou diminui de maneira constante em relação a outra, mantendo a mesma razão ou proporção ao longo do tempo. Esta é uma oportunidade para abordar o conceito de proporcionalidade, que será necessário para a compreensão dos conceitos apresentados em seguida. Se necessário, usar exemplos simples, como: se uma pessoa trabalha 5 horas e ganha R$ 50,00, ao trabalhar 10 horas, ela ganhará R$ 100,00. 3. Esse assunto ainda será tratado no Tema, por isso não se espera que os estudantes apresentem uma resposta correta para esta questão. O objetivo é fazê-los refletir sobre possíveis mudanças na reação para que outro produto seja formado. Alguns podem sugerir que uma quantidade maior de gás oxigênio na reação resultaria na formação de dióxido de carbono (combustão completa) e uma quantidade menor de gás oxigênio resultaria na formação de monóxido de carbono (combustão incompleta). 4. Chamar a atenção dos estudantes para o fato de que as leis ponderais são obedecidas independentemente do estado físico

de reagentes e produtos. Por motivos didáticos, como exemplo para a aplicação das leis ponderais no texto teórico, usou-se uma reação em que reagentes e produtos estão no estado gasoso, pois facilita a comparação entre as leis.

Atividades 1. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes destaquem,

de forma resumida, como a Ciência mudou com o trabalho de Lavoisier e como essa nova Ciência é importante até hoje. Esta é uma oportunidade para realizar um trabalho interdisciplinar com o componente de Língua Portuguesa, uma vez que podem ser trabalhados e desenvolvidos conhecimentos de produção de texto.

2. Em todos os itens, a soma da massa dos produtos deve ser igual à soma das massas dos reagentes, e as proporções devem ser mantidas.

a) 46 + 96 = 88 + x h x = 54 g b) ___ 96 = ___ x h x = 144 g 46 69 96 = 2,087 c) ___ 46 3. a) 46 + 64 = 56 + x h x = 54 g b) ___ 64 = ___ x h x = 96 g 46 69 64 = 1,391 c) ___ 46 d) Calcular a razão entre as massas de gás oxigênio para a 96 = 1,5. mesma massa de álcool. Ou seja, para 46 g de etanol, ___ 64 4. a) Para chegar aos valores, os estudantes precisam aplicar regra de três, considerando que 1 L de gás nitrogênio reage com 3 L de gás hidrogênio para produzir 2 L de gás amônia. Assim: 1 L (N2) - 2 L (NH3) x L N2 - 100 L (NH3) x = 50 L 3 L (H2) - 2 L (NH3) y L (H2) - 100 L (NH3) y = 150 L b) 0,001 m3 (N2) - 0,002 m3 (NH3) 20 m3 L (N2) - x m3 (NH3) x = 40 m3

Atividades complementares 1. Alternativa C. 2. Alternativa C. A IUPAC é uma organização que padroniza a

nomenclatura, a terminologia, as unidades e as convenções usadas em Química. Essas representações são, portanto, uma linguagem universal que possibilita a comunicação entre cientistas químicos e estudantes de todo o mundo.

3. Alternativa E. O sólido é irregular; assim, a questão apresenta uma

maneira interessante de determinar o volume e, por consequência, a densidade. Pela imagem, é possível identificar que o volume que variou na proveta foi de 10 mL (45 mL _ 35 mL). Como a massa apresentada é de 27,8 g, a densidade é 27,8 g/10 mL = 2,78 g/mL.

4. Alternativa B. Trata-se de um sistema heterogêneo: água em estados físicos distintos.

5. Alternativa C. I. Pode-se inferir que as duas amostras têm a

mesma temperatura de ebulição, assim, provavelmente, são a mesma substância. II. O tempo menor para atingir a temperatura de ebulição indica um menor volume da amostra B em relação à amostra A. III. O gráfico de uma mistura não indicaria uma temperatura de ebulição constante (a não ser que se tratasse de uma mistura azeotrópica; como não há indicação disso, assume-se que a amostra A é uma mistura homogênea comum).

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6. Alternativa D. Como a amostra se encontra pura, no gráfico,

as temperaturas de fusão e de ebulição devem ser constantes durante as mudanças de estado físico. 7. Alternativa C. A flotação é um método de separação de misturas que se baseia na diferença de densidade e é utilizada para separar as partículas menos densas, que flutuam na água, das mais densas, que afundam. 8. Alternativa E. Nos fenômenos químicos, ocorre mudança na constituição da matéria, como é o caso de todas as opções apresentadas. No amadurecimento de uma fruta, as enzimas degradam algumas substâncias, formando sacarose; na fermentação do vinho em vinagre, ocorre a oxidação; a transformação do leite em iogurte é um exemplo de fermentação; no cozimento do ovo, ocorre a coagulação das proteínas. 9. Alternativa E. Na transformação química, ocorre a produção de novas substâncias. Nesta atividade, a produção de amônia a partir da reação de gás hidrogênio com o gás nitrogênio é um fenômeno químico. 10. Alternativa D. O item I menciona processos que envolvem mudança de forma e método de separação de material, e o item II, mudança de estado físico e mudança de forma. Em ambos os casos há, portanto, fenômenos físicos. 11. Alternativa B. Observar que as amostras I e II mantêm a mesma proporção em relação à massa de enxofre e de gás oxigênio; já a amostra III tem a proporção diferente, por isso ela é de um óxido diferente das duas amostras iniciais. 12. Alternativa C. I) Incorreta. A lei da conservação das massas aponta que a soma das massas dos reagentes é igual à soma das massas dos produtos. Nos experimentos, as massas finais são maiores, porque o ferro presente na esponja reage com gás oxigênio. II) Incorreta. O aumento de massa está relacionado com a reação entre o gás oxigênio do ar e o ferro, formando óxido de ferro. III) Correta. Apesar da queima de diferentes quantidades de palha de aço, a proporção entre os produtos e reagentes é constante.

Integrando com... 1. Resposta pessoal. Neste momento, é importante que os

estudantes relatem seu entendimento individualmente. No entanto, orientá-los a elaborar o texto com base nos próprios conhecimentos. 2. O carvão ativado é um material de alta porosidade, que tem a capacidade de absorver substâncias. A retenção de gases tóxicos nos poros do carvão é um fenômeno físico. Já o processo de neutralização é um fenômeno químico, pois ocorre por meio de uma reação química, formando novas substâncias, que são menos prejudiciais à saúde. 3. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes definam ética científica como um conjunto de condutas morais que caracterizam o desenvolvimento científico, por exemplo, classificando práticas como certas ou erradas. 4. a) Convenção é um acordo sobre determinada atividade, que pode ser firmado entre pessoas, empresas, instituições, países etc. b) Algumas ações que os signatários da convenção podem realizar são monitorar a produção e o desenvolvimento de armas químicas, impor sanções judiciais, políticas e econômicas a países que quebrem os termos da convenção, desenvolver protocolos de condutas para a pesquisa de substâncias químicas, entre outras. Quase todos os países do mundo participam dessa convenção, com exceção de Coreia do Norte, Egito e Sudão do Sul. 5. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes reestruturem a resposta, tornando-a mais crítica, ponderada e considerando aspectos éticos do desenvolvimento científico.

Unidade 2 • Constituição química da matéria Abertura 1. O objetivo deste questionamento não é apontar erros ou acertos por

parte dos estudantes, mas explorar conhecimentos prévios sobre a fluorescência e incentivar a curiosidade deles. Espera-se que eles indiquem que se trata de um processo físico. Esse fenômeno ocorre quando uma substância absorve luz em um comprimento de onda (geralmente ultravioleta) e reemite essa luz em um comprimento de onda maior (geralmente no espectro visível). Vale retomar essa explicação ao abordar o modelo atômico de Bohr, no Tema 8. 2. O objetivo deste questionamento não é apontar erros ou acertos por parte dos estudantes, mas explorar conhecimentos prévios sobre a bioluminescência e incentivar a curiosidade deles. Espera-se que os estudantes escrevam que a luz produzida ocorre por meio de uma reação química em órgãos especiais localizados no abdome do inseto. A reação envolve a oxidação da luciferina sob ação da enzima luciferase, resultando na emissão de luz visível. Parte desses conceitos, como a oxidação e o uso de enzimas em reações, serão estudados em Temas posteriores, mas é interessante já estabelecer um primeiro contato. Cabe também retomar essa explicação ao abordar o modelo atômico de Bohr. Embora o processo biológico seja muito mais complexo do que o simples movimento de elétrons em torno de um núcleo, o princípio de emissão de luz em razão da liberação de energia pode ser comparado ao comportamento descrito no modelo de Bohr.

Tema 7 • Modelando os átomos Reflita 1. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes associem

essa reflexão a exemplos que já estudaram em sala de aula. Convém incentivá-los a pensar sobre como o mundo real pode ser representado, de modo simplificado, por meio de maquetes, desenhos, mapas, entre outras possibilidades. 2. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes citem alguns exemplos, pois a temática dos quatro elementos é relativamente comum em produções culturais. Eles podem citar animações, como Os Cavaleiros do Zodíaco, que utiliza a simbologia dos elementos nas batalhas e nos poderes dos cavaleiros, evocando a ideia de forças fundamentais da natureza; e filmes, como O último mestre do ar, que expressa diretamente a ideia dos quatro elementos para uma narrativa de fantasia, com personagens capazes de manipular esses elementos. 3. Resposta pessoal. A palavra átomo já faz parte do cotidiano escolar dos estudantes há algum tempo. Esta é uma oportunidade de expressão, sem julgamentos de certo ou errado, que permite perceber o que eles sabem e, com base nas respostas deles, desenvolver os conceitos de uma maneira mais rigorosa. 4. Resposta pessoal. O objetivo deste questionamento não é apontar erros ou acertos por parte dos estudantes, mas incentivá-los a pensar sobre essa relação. Para responder a esta questão, é preciso conhecer outras propostas para a estrutura dos átomos.

Oficina científica 1. Resposta pessoal. Sugere-se organizar na lousa as caracterís-

ticas dos objetos, listadas por cada grupo, em um quadro. Caso não haja tempo para a análise de todas as caixas por todos os grupos, recomenda-se que cada caixa seja investigada por ao menos dois grupos e que cada grupo analise no mínimo duas caixas diferentes. Se houver disponibilidade de ímã, é oportuno fornecê-lo aos grupos para que possam verificar se o objeto é magnético. 2. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes façam desenhos com base nas observações.

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Atividades 1. Resposta pessoal. O objetivo desta questão não é apontar o

certo ou o errado, mas fazer os estudantes refletirem a respeito da complexidade dos modelos atômicos e da dificuldade de explicá-los, especialmente por serem conceitos abstratos. A questão pode fazê-los refletir também sobre a popularização de conceitos científicos e a importância da divulgação científica. 2. O modelo atômico proposto por Dalton considera que: o átomo é uma partícula indivisível; átomos do mesmo elemento são idênticos e que átomos de elementos diferentes são distintos; átomos não são criados ou destruídos, apenas reagrupados em uma transformação química; os agrupamentos são formados em proporções fixas de números inteiros. 3. A principal descoberta de Thomson foi o elétron. A mobilidade dessa partícula fez com que esse pesquisador sugerisse seu posicionamento próximo ao núcleo que, por lógica, deveria ter carga contrária. A caracterização do elétron como uma partícula e sua relação com a matéria foram importantes para o entendimento do efeito da eletricidade, que já era conhecida e estudada há muito tempo. 4. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes esbocem algo que se pareça com uma esfera com anéis concêntricos. O objetivo é incentivá-los a representar modelos que justifiquem conclusões sob uma perspectiva científica, sem julgamentos de certo ou errado.

Tema 8 • Do modelo de Rutherford ao modelo quântico Reflita 1. Resposta pessoal. Esta é uma oportunidade para identificar os

conhecimentos prévios dos estudantes sobre outros modelos atômicos. Convém explorar modelos abordados em diferentes contextos da sociedade, como nos noticiários e na cultura popular. 2. Respostas pessoais. Esta é uma oportunidade para levantar conhecimentos prévios e desconstruir possíveis fake news, já que o termo quântico é comumente associado a diversos produtos de forma equivocada. 3. O objetivo deste questionamento não é apontar erros ou acertos por parte dos estudantes, mas incentivá-los a pensar sobre um problema que despertou o interesse de diversos cientistas. O núcleo atômico se mantém estável por causa da presença de partículas neutras, como será estudado, e da ação de uma força chamada de força forte. Ela foi idealizada pelo físico teórico japonês Hideki Yukawa (1907-1981) em 1934, mas, até meados da década de 1970, não havia ainda uma teoria que realmente explicasse os fenômenos nucleares.

Atividades 1. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes comparem os

desenhos entre si, visando estabelecer semelhanças e diferenças. Recomenda-se mediar esta atividade, ajudando-os na análise dos desenhos. 2. Rutherford esperava verificar o modelo atômico proposto por Thomson e demonstrar que as partículas a atravessariam a folha de ouro sem sofrer desvios ou com pequenos desvios. 3. Rutherford chegou à conclusão de que o átomo era composto de um núcleo denso de carga positiva ao redor do qual os elétrons orbitariam. 4. Bohr foi o primeiro a incorporar conceitos de quantização a um modelo atômico. Ele propôs que os elétrons ocupariam níveis específicos de energia, inicialmente chamados de camadas, e esses níveis comportariam números diferentes de elétrons. 5. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes consigam, neste momento, identificar as possíveis “falhas” nos modelos que coletaram dos familiares ao compará-los com os modelos de Rutherford e Bohr. Uma possibilidade de abordagem é organizar os desenhos na lousa ou em um mural, agrupando as

diferentes representações e apontando imprecisões e acertos. Vale solicitar aos estudantes que expliquem às pessoas que fizeram os desenhos o que aprenderam a respeito do átomo nesses dois Temas da Unidade 2.

Tema 9 • Tabela periódica Reflita 1. Esta é uma oportunidade para levantar os conhecimentos prévios

dos estudantes sobre o conceito de elemento químico. Cabe explorar alguns sentidos para a palavra elemento já apresentados. Espera-se que indiquem que o chumbo e o ouro são elementos diferentes, cada um com seu tipo específico de átomo, portanto não podem ser transformados um no outro por métodos químicos. 2. A organização das informações é uma característica marcante das Ciências. À medida que o número de elementos químicos conhecidos aumentava, crescia a necessidade de organizar as informações para acessá-las e compará-las de forma fácil e rápida. Várias tentativas de organização foram realizadas até se chegar à forma atualmente aceita e reconhecida pela comunidade química. 3. Esta pode ser uma oportunidade para discutir a construção coletiva da tabela periódica, cujas história e estrutura devem ser conhecidas, sem a necessidade de memorização. Com o tempo e o uso constante, químicos e professores de Química memorizam certas informações, especialmente aquelas utilizadas com muita frequência, mas a tabela periódica deve ser entendida e consultada.

Formação cidadã 1. Resposta pessoal. Vale incentivar os estudantes a ler o livro ou

resenhas e críticas na internet sobre o livro para responder a esta questão. No livro, Levi usa a Química como uma ferramenta para interpretar o mundo, comparando as propriedades dos elementos com suas vivências. Ele demonstra como a Ciência pode ajudar a compreender eventos complexos, tanto no nível pessoal quanto no contexto histórico. 2. Resposta pessoal. Vale incentivar os estudantes a ler o livro ou resenhas e críticas na internet sobre o livro para responder a esta questão. Primo Levi une literatura e Química ao usar elementos químicos como metáforas para eventos e sentimentos em sua vida. Cada capítulo combina a linguagem científica com narrativas pessoais e reflexões filosóficas, criando uma obra que mistura Ciência e arte. 3. Resposta pessoal. Esta é uma boa oportunidade para trabalhar com o professor de Língua Portuguesa. Explicar aos estudantes que o objetivo da atividade é misturar Ciência e criatividade. Eles devem pesquisar um elemento químico e elaborar um conto que o utilize de maneira simbólica ou como parte central do enredo. O conto deve refletir as características químicas do elemento, mas de maneira leve, sem sobrecarregar o texto com detalhes científicos. Sugerir a eles que escolham um elemento com propriedades interessantes ou com relevância no cotidiano, como o oxigênio (O) ou o lítio (Li), para facilitar a inserção das características do elemento no conto. Quanto às propriedades, eles podem pesquisar o estado físico (sólido, líquido, gasoso) de substâncias formadas pelo elemento, a cor, a aparência, a reatividade, os usos comuns (na indústria, no cotidiano, na Medicina etc.), a origem do nome e curiosidades históricas ou culturais relacionadas ao elemento. O conto pode tratar de um personagem que “se identifica” com as propriedades do elemento ou usar suas características como metáforas para uma situação da vida. Reforçar que o conto não precisa ser técnico, mas sim um exercício criativo em que a Química se mistura à narrativa. Incentivar os estudantes a explorar temas como transformação, resistência, fragilidade, entre outros, conectando-os ao comportamento do elemento.

Atividades 1. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes escrevam um

texto elaborado, e não uma resposta curta. É uma boa oportunidade para trabalhar com o professor de Língua Portuguesa

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Símbolo

Propriedades do elemento

Propriedades dos átomos

Propriedades das substâncias

Metal alcalinoterroso, do período 6.

Massa atômica 137,33; 56 prótons em seu núcleo.

São normalmente tóxicas; o bário metálico é altamente reativo.

b) A letra J.

Tema 10 • Fundamentos da ligação química Reflita 1. Resposta pessoal. Não se espera que os estudantes forneçam

respostas certas ou erradas para esta questão. O objetivo é fazê-los levantar hipóteses livremente com base no que estudaram até agora. Sugere-se que seja retomada ao final do Tema 11. 2. Resposta pessoal. Não se espera que os estudantes forneçam respostas certas ou erradas para esta questão. O objetivo é fazê-los levantar hipóteses livremente com base no que estudaram até agora. Sugere-se que seja retomada ao final do Tema 11. 3. Respostas pessoais. Além do cloreto de sódio, outros sais são utilizados em diferentes contextos no cotidiano. Os estudantes podem citar nitrito de sódio, utilizado na conservação de carnes; sulfato de cálcio hidratado, usado na construção civil na forma de gesso; carbonato de cálcio, utilizado na forma de calcário para corrigir acidez do solo; bicarbonato de sódio, usado como fermento e antiácido; entre outros.

Formação cidadã

Resposta pessoal. Incentivar os estudantes a realizar uma discussão inicial sobre os principais pontos do relatório da OMS destacados no texto e nos dados apresentados. Concluir com uma discussão sobre as estratégias mais eficazes para reduzir o consumo de sódio. Sugere-se avaliá-los com base na participação, na qualidade das pesquisas, na criatividade das campanhas educativas e na clareza das apresentações.

Oficina científica

Os estudantes devem indicar que, inicialmente, as moléculas de água interagem com o cloreto de sódio, causando a dissociação iônica e a formação de Cl_ e Na+, que se dispersam no meio aquoso, resultando na dissolução do sal. Conforme a quantidade de moléculas de água vai diminuindo (por causa da evaporação da água), os íons Cl_ e Na+ começam a se aproximar novamente, restabelecendo as forças iônicas que os mantinham juntos no estado sólido.

Atividades 1. Respostas pessoais. O objetivo não é apontar erros e acertos, mas incentivar os estudantes a refletir sobre as substâncias e seus constituintes. Esta atividade permite também avaliar o conhecimento dos estudantes em relação aos termos apresentados no início do Tema e, por meio das respostas, identificar imprecisões conceituais.

2. Na e Cs precisam transferir um elétron. Ba, Be e Ra precisam

transferir dois elétrons. Y e B precisam transferir três elétrons. N e P precisam receber três elétrons. O e S precisam receber dois elétrons. Cl, Br e I precisam receber um elétron.

3. a) Foi formado um cátion; íon magnésio. b) Neônio.

Íon magnésio (Mg2+) Nível M (vazio)

Átomo de magnésio (Mg) Nível M (2 elétrons)

Ionização

Nível K (2 elétrons) Nível L (8 elétrons)

c) Os estudantes devem se basear nas representações de ionização apresentadas neste Tema e nos conhecimentos a respeito do átomo de Bohr.

4. a) Foi formado um ânion; sulfeto. b) Argônio. c) Os estudantes devem se basear nas representações de ionização apresentadas neste Tema e nos conhecimentos a respeito do átomo de Bohr.

Íon sulfeto (S2–)

Átomo de enxofre (S) Nível M (6 elétrons)

Nível M (8 elétrons)

Elétron transferido

Ionização

Nível K (2 elétrons) Nível L (8 elétrons) 5. a) CaCO3 b) Na2CO3.

Nível K (2 elétrons) Nível L (8 elétrons) c) NaF.

e) Na2SO3.

d) K2NO3.

f) NaHCO3.

ILUSTRAÇÕES: ORACICART

estratégias de escrita que auxiliem na execução da atividade. É importante deixar claro no texto que a tabela periódica tem o papel de organizar os elementos com base em suas propriedades. 2. a) Carbono – C. Não metal. b) Arsênio – As. Não metal. c) Antimônio – Sb. Não metal. d) Césio – Cs. Metal alcalino. e) Radônio – Rn. Gás nobre. f) Plutônio – Pu. Actinídeo. 3. Cl , Be , Xe , Ga , I , Bi , Rb , Cs É improvável que os estudantes acertem a ordem sem consultar uma tabela específica de raios atômicos. De qualquer forma, o objetivo da atividade não é fazê-los conhecer com precisão a ordem dos raios atômicos, mas sim incentivá-los a consultar a tabela e supor a propriedade com base na periodicidade apresentada para os raios atômicos. Por exemplo, o cloro está perto do extremo com menores raios atômicos, então deve aparecer no início da lista; já o césio está perto do extremo com maiores raios atômicos; o iodo e o xenônio estão lado a lado, logo o xenônio deve ter raio menor; e assim por diante. 4. O cálcio tem dois elétrons na camada de valência, os quais são mais facilmente removidos. O terceiro elétron está em outro nível de energia, muito mais próximo do núcleo. É preciso, portanto, mais energia para removê-lo. 5. a) Os elementos são os seguintes: Ba, Bk, Be, Bi, Bh, B, Br. O objetivo desta questão não é a quantidade de informações, nem mesmo sua exatidão. Os estudantes devem conseguir diferenciar as propriedades do elemento químico, dos átomos e das substâncias, como no exemplo a seguir.

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Tema 11 • Ligações covalentes e metálicas Reflita 1. Resposta pessoal. O objetivo desta atividade é identificar

concepções prévias dos estudantes a respeito do conceito de molécula e de suas representações. Certamente, esse conceito já apareceu em outras etapas de estudo. Conhecer essas concepções pode auxiliar a traçar estratégias de ensino mais eficientes. 2. O objetivo, neste momento, é apenas explorar o que os estudantes pensam ser uma propriedade de um metal. Convém deixar que se manifestem livremente, já que o assunto será abordado no texto. É possível que indiquem que os metais são bons condutores de calor e eletricidade; podem ser dobrados e desdobrados; podem ser estirados em fios; apresentam brilho característico; têm alta densidade; têm altos valores de temperatura de fusão e de ebulição; têm alta resistência mecânica; entre outras características.

Oficina científica 1. Espera-se que os estudantes verifiquem que as bexigas tendem

a se afastar o máximo possível umas das outras, com uma linha imaginária que passa pelo nó e pelas extremidades das bexigas. Pode-se, portanto, fazer uma analogia com o princípio da repulsão dos pares de elétrons, indicando uma geometria linear. 2. Espera-se que os estudantes verifiquem que as bexigas tendem a se afastar o máximo possível umas das outras, constituindo um triângulo. Pode-se, portanto, fazer uma analogia com o princípio da repulsão dos pares de elétrons. Esse é o arranjo que permite o maior afastamento de três pares de elétrons ao redor de um núcleo. Nesse caso, tem-se uma geometria trigonal plana ou uma geometria angular. 3. Espera-se que os estudantes verifiquem que as bexigas tendem a se afastar o máximo possível umas das outras, constituindo uma pirâmide de base triangular. Pode-se, portanto, fazer uma analogia com o princípio da repulsão dos pares de elétrons. Esse arranjo de pirâmide permite o maior afastamento de quatro pares de elétrons ao redor de um núcleo. Assim, é possível identificar uma geometria tetraédrica, piramidal ou angular. 4. Os estudantes devem fazer uma analogia entre a repulsão eletrônica e a repulsão entre os balões, que, ao serem amarrados juntos, assumem um arranjo semelhante ao de uma molécula, de acordo com o modelo RPECV.

Atividades 1. a) H

N H

H H

N H

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H H

Cl d) HCl C e)

CCl H B HH C C H Cl CC FF

C C Cl

ILUSTRAÇÕES: ORACICART

Quanto às aplicações, as respostas podem variar. Os estudantes podem indicar que o carbonato de cálcio é usado na fabricação de cimento e cal e está presente em antiácidos para tratar a acidez estomacal; o carbonato de sódio é usado na fabricação de vidro e como agente de limpeza (em detergentes); o fluoreto de sódio é usado na fluoretação da água potável para prevenir cáries dentárias e está presente em pastas de dente e tratamentos dentários; o nitrato de potássio é componente de fertilizantes e é usado na fabricação de pólvora e fogos de artifício; o sulfito de sódio é agente redutor e antioxidante em indústrias químicas e de papel; e o bicarbonato de sódio é usado como fermento em receitas de panificação e como antiácido para alívio de azia e indigestão. 6. Espera-se que os estudantes associem o BaSO4 a uma estrutura coesa, mantida por ligações iônicas mais fortes, portanto, mais difíceis de serem rompidas, e associem o BaCO3 a um retículo cristalino mais frágil, cujo rompimento resulta em maior dissociação iônica, liberando íons Ba2+, tóxicos para o organismo humano.

2. a) Piramidal.

d) Linear. b) Angular. e) Tetraédrica. c) Trigonal planar. 3. A molécula de água apresenta geometria angular e a molécula de gás carbônico, geometria linear. Esse fato ocorre por causa da presença de pares de elétrons não ligantes na molécula de água. 4. H2 – ligação covalente simples; O2 – ligação covalente dupla; N3 – ligação covalente tripla. 5. Os elétrons livres permitem que os átomos metálicos “deslizem” uns sobre os outros quando submetidos a forças externas, sem quebrar a estrutura metálica. Isso torna os metais maleáveis e resistentes a fraturas, diferentemente de substâncias como os cristais iônicos.

Tema 12 • Polaridade e interações Reflita 1. Respostas pessoais. Pode-se dizer que polaridade é uma carac-

terística de algo que possui polos distintos. A Terra, por exemplo, tem polos norte e sul; e uma pilha tem polos positivo e negativo. As moléculas, como será estudado, também têm polos. 2. Resposta pessoal. Não se espera que os estudantes forneçam respostas certas ou erradas para esta questão. O objetivo dela é fazê-los levantar hipóteses livremente com base no que estudaram até agora. 3. Espera-se que os estudantes associem a frequência e a intensidade das interações com a proximidade entre as moléculas, que é menor no estado gasoso.

Formação cidadã 1. Respostas pessoais. Espera-se que os estudantes identifiquem

algumas consequências, como doenças transmitidas pelas águas, intoxicação por substâncias nocivas, proliferação de mosquitos e comprometimento do abastecimento de água. Caso exista um rio poluído onde os estudantes moram, espera-se que eles relatem os problemas associados e complementem com problemas com os quais convivem no cotidiano. 2. A poluição causa diminuição da tensão superficial da água. Isso acontece porque a tensão superficial é resultado das forças de coesão entre as moléculas de água, que são predominantemente forças intermoleculares, como as ligações de hidrogênio. Quando as substâncias poluentes, principalmente as chamadas surfactantes (como detergentes e sabões), se misturam à água, essas substâncias se inserem entre as moléculas de água e enfraquecem as interações intermoleculares, reduzindo a coesão. 3. A alteração da tensão superficial da água impacta diretamente os insetos e outros seres vivos que habitam as áreas ao redor dos rios, afetando todo o ecossistema da região. Além disso, a diminuição da tensão superficial facilita a dispersão de impurezas sobre a superfície da água, agravando problemas ambientais.

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4. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes indiquem ações como a implantação de saneamento básico, a coleta e o descarte adequado de resíduos sólidos, o controle da poluição produzida pelas indústrias, o estímulo à agricultura sustentável, entre outras ações possíveis.

Atividades 1. Os vetores resultantes estão desenhados em vermelho.

b) H

Cl S

c) Cl

N H C H

f) H - Cl

C Cl

Não há vetor resultante, e a molécula é apolar.

Molécula polar.

Não há vetor resultante, e a molécula é apolar.

Molécula polar.

Não há vetor resultante, e a molécula é apolar.

ILUSTRAÇÕES: ORACICART

Molécula polar.

2. Há uma relação de proporcionalidade entre a força das intera-

ções intermoleculares e os estados físicos. Assim, quanto mais intensas forem essas interações moleculares, maior será a energia necessária para que a substância mude de estado físico. 3. A polaridade de uma molécula depende de dois fatores: a diferença de eletronegatividade entre átomos que se ligam e a geometria molecular. 4. Os estudantes devem relacionar a polaridade da molécula de água e a da molécula do tetracloreto de carbono com a solubilidade. Assim, como o tetracloreto de carbono apresenta moléculas polares, ele não se dissolve na água, que é uma molécula polar.

Atividades complementares 1. Alternativa E. De acordo com o modelo de Dalton, as substâncias

são formadas por elementos, que são agrupamentos de partículas indivisíveis e pequenas chamadas de átomos. Cada elemento é formado por átomos idênticos e únicos. Durante uma transformação química, os átomos não são criados ou destruídos, apenas reagrupados. O item IV diz respeito à lei das proporções múltiplas, formulada por Dalton. 2. Alternativa E. Os raios catódicos são formados por elétrons. 3. Alternativa A. Os experimentos de Thomson que levaram à elaboração de seu modelo atômico foram realizados com ampolas de Crookes, que são tubos contendo gases rarefeitos submetidos à alta tensão elétrica. 4. Alternativa E. I. Características associadas ao modelo atômico proposto por Rutherford. II. Características presentes no modelo atômico proposto por Dalton. III. Características presentes no modelo atômico proposto por Bohr. 5. Alternativa C. Em seu modelo, Bohr propôs que um elétron pode saltar do estado fundamental (menor energia) para outro nível de maior energia. Para essa transição, pode-se calcular a diferença entre o maior e o menor valor de energia, o que equivale à energia emitida na forma de luz.

6. Alternativa A. I. Falsa. Como as bolas de plástico tinham um

tamanho em função do raio atômico do elemento químico, as bolas de plástico grandes devem ser utilizadas para representar o elemento carbono, que tem o maior raio atômico. II. Verdadeira. Verifica-se que, na tabela periódica, a massa atômica do carbono é 12 e a do hidrogênio é 1. Como a molécula tem quatro átomos de carbono (massa total de 48) e oito de hidrogênio (massa total de 8), a massa total das bolas grandes corresponde a seis vezes a massa total das bolas de tamanho pequeno. III. Verdadeira. Verifica-se que, na tabela periódica, a massa atômica do oxigênio é 16 e a do hidrogênio é 1. Como a molécula tem dois átomos de oxigênio (massa total de 32) e oito de hidrogênio (massa total de 8), a massa total das bolas pequenas corresponde a __ 1 da massa 4 total das bolas de tamanho médio. 7. Alternativa C. Analisando as propriedades periódicas, verifica-se que a eletronegatividade cresce da esquerda para a direita e de baixo para cima. 8. Alternativa C. O raio atômico é uma propriedade que aumenta da direita para a esquerda e de cima para baixo na tabela periódica. Lítio, sódio e potássio se encontram em um mesmo grupo, logo: Li , Na , K. Sódio e magnésio se encontram no mesmo período, logo: Mg , Na. Portanto, a ordem crescente de raios é Li , Mg , Na , K. 9. Alternativa B. Realizando o cruzamento das cargas, tem-se: [Ca]2+ [SO4]2_ = Ca2(SO4)2 = CaSO4 [Zn]2+ [O2]2_ = Zn2O2 = ZnO 10. Alternativa A. CO2 e HNC apresentam geometria linear; SO2, O3 e H2O apresentam geometria angular. 11. Alternativa A. As propriedades do material apresentado são encontradas nos metais, assim a alternativa que indica apenas metais é a alternativa A. 12. Alternativa E. Em uma ligação iônica, ocorre a transferência de elétrons entre os íons de cargas opostas. Já uma ligação covalente ocorre por meio do compartilhamento de elétrons, enquanto a ligação metálica se dá entre cátions de elementos metálicos. 13. Alternativa C. A polaridade será determinada pelo vetor resultante dos momentos dipolares. Para as moléculas apolares, o vetor resultante é igual a zero, o que vale para as moléculas Cl2 (geometria linear), CCl4 (geometria tetraédrica) e CO2 (geometria linear). 14. Alternativa C. A molécula de SO2 tem geometria angular e é polar, pois o enxofre está ligado a dois oxigênios com uma diferença de eletronegatividade, e há um par de elétrons livres no enxofre que provoca uma assimetria; a molécula de SO3 tem geometria trigonal plana e é apolar, já que as três ligações S = O são distribuídas de forma simétrica, cancelando qualquer dipolo; a molécula de H2O tem geometria angular e é polar, porque o oxigênio tem dois pares de elétrons livres, causando uma forma angular, e a diferença de eletronegatividade entre o oxigênio e o hidrogênio torna a molécula polar; e a molécula de H2Be tem geometria linear e é apolar, já que o berílio forma duas ligações simples com os átomos de hidrogênio, que são dispostas linearmente e não há dipolo. 15. Alternativa E. O estado de agregação de uma substância está diretamente relacionado à força com que as moléculas interagem entre si, então quanto mais forte for essa interação molecular, maiores serão as temperaturas de fusão e de ebulição.

Integrando com... 1. Respostas pessoais. Espera-se que os estudantes apresentem

respostas diversas acerca dos possíveis usos da impressão 3D em seus estudos. 2. Resposta pessoal. O objetivo da atividade é identificar as percepções dos usos da impressão 3D pelos estudantes. Entre as respostas possíveis, eles podem apontar a impressão de uma miniatura de uma bola de futebol e a própria personalização com as cores dos times favoritos, os nomes e os números da camisa que costumam usar nos jogos.

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3. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes indiquem que,

com a impressão 3D, pode-se criar modelos que representam as obras de arte e que podem ser tocados, possibilitando a percepção dos detalhes por pessoas com deficiência visual. 4. Resposta pessoal. Os estudantes podem indicar que, para criar uma identidade artística única em um objeto impresso em 3D, mesmo usando modelos prontos, é importante focar na personalização, a qual pode envolver a adição de elementos pessoais (incorporação de detalhes que refletem a personalidade deles). Isso pode ser feito usando softwares de modelagem 3D, acrescentando estes elementos ao modelo: escolha de cores e materiais; combinação de modelos (é possível combinar partes de diferentes modelos 3D); pós-processamento (após a impressão, é possível realizar acabamentos como pintura, lixamento ou colagem de acessórios, que podem dar um toque único ao objeto); e história e contexto (dar uma história ou um contexto ao objeto pode contribuir para a identidade artística).

Unidade 3 • Quantificando a matéria Abertura 1. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes citem partes do

corpo como o cúbito (medida do antebraço). Além disso, a polegada e objetos, como a vara, também foram utilizados e, em alguns casos, ainda são aplicados em sistemas de medição não padronizados. 2. Resposta pessoal. Os estudantes podem indicar a balança, a trena ou a régua. Eles podem indicar que utilizam esses instrumentos para medir o “peso” e o comprimento. 3. Resposta pessoal. O objetivo não é apontar erros ou acertos dos estudantes, mas incentivá-los a refletir sobre o ato de medir na Química. A realização de medições permite a quantificação das propriedades das substâncias, possibilitando o controle preciso das reações químicas. Medições precisas também são essenciais para estabelecer relações entre grandezas, prever o comportamento de sistemas e calcular a quantidade de partículas em uma amostra, o que garante a repetibilidade e a precisão de experimentos.

Tema 13 • Medindo a matéria Reflita 1. Espera-se que os estudantes indiquem que, no cotidiano, a utiliza-

ção de medidas é fundamental para garantir precisão e eficiência em diversas atividades. Seja ao seguir uma receita, em que a quantidade correta de ingredientes é essencial para o resultado, seja ao comprar materiais para uma reforma, a medição exata garante economia e evita desperdícios. Além disso, as medidas são indispensáveis em áreas como Medicina, na dosagem de medicamentos, e no comércio, assegurando transações justas. Dessa forma, a aplicação de medidas permeia o dia a dia, garantindo segurança, praticidade e padronização nas mais diversas situações. 2. Resposta pessoal. O objetivo deste questionamento não é apontar erros ou acertos por parte dos estudantes, mas fazê-los refletir sobre a questão. Saber a massa de um átomo ou de um conjunto de átomos é essencial para compreender e calcular as quantidades envolvidas nas reações químicas, provocando um impacto direto em áreas como a indústria, a Medicina e a pesquisa científica. A massa atômica permite determinar quantas partículas estão presentes em uma amostra de substância e facilita o cálculo de reagentes e produtos em uma reação, garantindo que os processos ocorram de forma eficiente e previsível. Além disso, essa informação é importante no desenvolvimento de novos materiais e tecnologias, como fármacos e semicondutores, em que a precisão nas quantidades atômicas pode determinar o sucesso do produto final. 3. Resposta pessoal. Não se espera que os estudantes forneçam respostas certas ou erradas para esta questão. O objetivo é fazê-los levantar hipóteses livremente com base no que estudaram

até o momento. Para responder a esta pergunta, é preciso fazer uma “ponte” entre o mundo submicroscópico e o mundo macroscópico. Essa “ponte” será entendida após o estudo dos conceitos de quantidade de matéria (ou quantidade de substância), de massa molar, de volume molar e de mol.

Atividades 1. a) n = ___ 32

12 n = 3 mol 1 mol - 6,02 ? 1023 3 mol - x x = 18,06 ? 1023 = 1,806 ? 1024 b) Considerando os átomos neutros, cada um tem 6 elétrons. Se 1 mol de átomos de carbono tem 12 g, logo a quantidade de elétrons é dada por: 6 ? 6,02 ? 1023 = 3,612 ? 1024 c) Considerando os átomos neutros, cada um tem 6 prótons. Se 2 mol de átomos de carbono tem 24 g, logo a quantidade de elétrons é dada por: 6 ? 2 ? 6,02 ? 1023 = 7,224 ? 1024 2. massa atômica relativa = (34,9689 ? 0,7553) + (36,9659 ? 0,2447) = = 35,457 u 3. Etano: (2 ? 12 u) + (6 ? 1 u) = 30 u Metanol: (1 ? 12 u) + (4 ? 1 u) + (1 ? 16 u) = 32 u Ácido nítrico: (1 ? 1 u) + (1 ? 14 u) + (3 ? 16 u) = 63 u Óxido de bário: (1 ? 137 u) + (1 ? 16 u) = 153 u 4. Metano: (1 ? 12) + (4 ? 1) = 16 g/mol Etanol: (2 ? 12) + (6 ? 1) + (1 ? 16) = 46 g/mol Ácido sulfúrico: (2 ? 1) + (1 ? 32) + (4 ? 16) = 98 g/mol Hidróxido de cálcio: (1 ? 40) + 2 ? [(1 ? 16) + (1 ? 1)] = 74 g/mol

5. n = ____ 1 000

4 n = 250 mol 1 mol - 22,4 L 250 mol - x x = 5 600 L 6. Resposta pessoal. Os estudantes podem apontar as setes unidades de base oficiais que servem como padrões de medidas de acordo com o Sistema Internacional de Unidades (SI): o metro (m), a unidade oficial de comprimento, usada para medir distâncias e dimensões em todo o mundo; o kilograma (kg), a unidade de massa, fundamental em comércio, Ciência e indústria; o segundo (s), a unidade de tempo utilizada em áreas que envolvem desde o controle de processos industriais até a sincronização de sistemas de comunicação; o ampere (A), a unidade de medida da corrente elétrica essencial em todas as aplicações relacionadas à eletricidade; o kelvin (K), a unidade de temperatura termodinâmica, importante em estudos de Termodinâmica e Ciência de Materiais; o mol (mol), unidade de quantidade de substância, essencial em Química para determinar a quantidade de partículas em uma amostra; e o candela (cd), a unidade de intensidade luminosa aplicada em áreas como a iluminação e a tecnologia de displays.

Tema 14 • Compreendendo os gases Reflita 1. Os estudantes podem indicar outros gases, como o dióxido de

enxofre (SO₂), liberado principalmente pela queima de combustíveis fósseis e processos industriais; os compostos orgânicos voláteis (COVs), como benzeno, tolueno e outros hidrocarbonetos emitidos por veículos, indústrias e solventes; e os clorofluorcarbonos (CFCs). Embora o uso de CFCs tenha sido reduzido, traços deles ainda podem ser encontrados por causa de emissões anteriores. 2. Resposta pessoal. O objetivo deste questionamento não é apontar erros ou acertos por parte dos estudantes, mas fazê-los refletir sobre as transformações gasosas. Eles podem mencionar a

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diferença entre a pressão interna do pote e a pressão externa como causa dessa dificuldade. Quando o pote é fechado, principalmente se for selado a altas temperaturas, o ar dentro do recipiente pode ter uma pressão mais alta. Conforme o pote esfria, o ar dentro dele se contrai, diminuindo a pressão interna em relação à pressão atmosférica externa, que pressiona a tampa para baixo. 3. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes relacionem tempo seco à falta de vapor de água e tempo abafado ao excesso de vapor de água na atmosfera. 4. Resposta pessoal. O objetivo deste questionamento não é apontar erros ou acertos por parte dos estudantes, mas fazê-los refletir sobre o assunto. Os estudantes podem citar o uso de combustíveis fósseis em transportes e indústrias e o desmatamento como exemplos, discutindo como essas atividades afetam a qualidade do ar, contribuem para mudanças climáticas e interferem na proteção natural da atmosfera, como a camada de ozônio.

Oficina científica

A pressão é definida como força sobre área. Quando se aumenta o peso sobre o êmbolo, aumenta-se a força sobre ele. Consequentemente, a pressão aumenta com o peso. Como a relação entre pressão e volume é inversamente proporcional, de acordo com a lei de Boyle, os estudantes devem indicar que o volume de ar na seringa diminui. Com relação ao gráfico, espera-se que eles esbocem um gráfico semelhante ao observado no estudo da lei de Boyle no Tema. O gráfico não precisa ter valores, basta que os estudantes associem objetos com massas crescentes a pressões crescentes e volumes decrescentes.

Formação cidadã 1. Espera-se que os estudantes indiquem que os CFCs foram

usados por muitos anos em refrigeradores e como propelente de aerossóis em desodorantes e tintas. 2. Os estudantes devem indicar que os CFCs foram substituídos por hidrofluorcarbonos (HFCs) e hidroclorofluorcarbonos (HCFCs), que são menos prejudiciais ao ozônio, embora ainda tenham impacto como gases de efeito estufa. 3. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes indiquem que as ações globais que unem diversos países, como o Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC), são essenciais para enfrentar problemas ambientais que transcendem fronteiras, como o aquecimento global e a destruição da camada de ozônio. Essas colaborações permitem a criação de políticas coordenadas, o compartilhamento de conhecimentos científicos e tecnológicos e a implementação de medidas conjuntas para mitigar os impactos ambientais. Apenas com esforços globais é possível alcançar soluções eficazes para proteger o ambiente e garantir um futuro sustentável para todos.

Atividades 1. a) À temperatura constante, tem-se:

P1V1 = P2V2 100 ? 5 = 70 ? V2 V2 1 7,1 L b) P1V1 = P2V2 100 ? 5 = P2 ? 40 P2 = 12,5 L 2. Na temperatura de fusão (273,2 K): V 2 100 = _ _ 293,2 273,2 V2 1 93,18 L Na temperatura de ebulição (373,2 K): V 2 100 = _ _ 293,2 373,2 V2 1 127,29 L P 277,2 313,2 P2 1 86,74 kPa

2 3. _ 98 000 = _

4. Esta atividade pode ser trabalhada de forma interdisciplinar

com os componentes curriculares de Língua Portuguesa e Arte. Ao descrever as partículas de gases como as imaginam, os estudantes precisarão desenvolver de forma mais detalhada os conceitos que estudaram, utilizando também outros conceitos da Química, como os de molécula e átomo. Se achar conveniente, exibir o seriado Cosmos, de 1980, criado pelo cientista Carl Sagan, ou a série Cosmos: uma odisseia no espaço-tempo, produzida em 2014. Neles, os estudantes encontram um rico material para entenderem melhor essa e outras questões trabalhadas neste livro. 5. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes perguntem às pessoas se elas sofrem de problemas como asma, bronquite ou alergias e anotem as respostas, identificando se elas associam esses problemas à qualidade do ar local, como poluição ou poeira. Em seguida, eles devem pesquisar as principais fontes de poluição atmosférica na região em que moram, que podem incluir fábricas, trânsito intenso, queima de lixo e presença de poeira em áreas urbanas ou rurais. Substâncias prejudiciais, como partículas em suspensão, dióxido de enxofre, dióxido de nitrogênio e monóxido de carbono, podem ser identificadas. Como soluções e medidas preventivas, eles podem indicar o uso de máscaras e de purificadores de ar, o plantio de árvores, o controle de emissões de veículos, campanhas contra a queima de lixo e políticas públicas para melhorar a qualidade do ar. 6. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes indiquem que, se a umidade for baixa, as implicações incluem ressecamento da pele, problemas respiratórios e aumento da eletricidade estática. Para aumentá-la, pode-se usar umidificadores, manter plantas em casa e colocar recipientes com água nos ambientes. Se a umidade for alta, pode causar mofo, desconforto térmico e proliferação de ácaros. Para reduzi-la, recomenda-se ventilação adequada, uso de desumidificadores e ar-condicionado.

Tema 15 • Aspectos qualitativos em reações químicas Reflita 1. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes descrevam a

queima do papel como rápida e irreversível. Além disso, eles podem mencionar que a queima libera calor (exotérmica). 2. Resposta pessoal. O objetivo deste questionamento não é apontar erros ou acertos por parte dos estudantes, mas explorar conhecimentos prévios sobre o que eles entendem por reação química e seus indícios.

Atividades 1. Resposta pessoal. A tarefa de explicar as reações químicas

relacionando-as com os conhecimentos adquiridos ajuda os estudantes a entender e a desenvolver os conceitos envolvidos nessas transformações. Mesmo que esse conhecimento seja incipiente, é importante que eles tentem encontrar explicações lógicas que façam sentido dentro do que já foi estudado. Listar na lousa as transformações citadas pelos estudantes e, depois, avaliar com eles quais são reações químicas e quais não são, baseando-se nos argumentos apresentados. 2. Orientar os estudantes durante a pesquisa. Incentivá-los a pesquisar em sites de universidades e de outras instituições confiáveis. Acetato de amila – banana; butanoato de etila – abacaxi; etanoato de butila – maçã; e benzoato de metila – kiwi.

Tema 16 • Aspectos quantitativos das reações químicas Reflita 1. Os estudantes devem indicar que as equações químicas são

uma forma simplificada e universal de representar os fenômenos químicos com clareza e precisão. Dessa forma, as equações químicas permitem a comunicação entre profissionais da área de diferentes regiões do planeta, já que toda a simbologia é convencionada. Essa representação está para o químico, assim como a partitura está para o músico.

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2. Resposta pessoal. Não se espera que os estudantes forneçam

respostas certas ou erradas para esta questão. O objetivo é fazê-los levantar hipóteses livremente com base no que estudaram até o momento. Para incentivar os estudantes a responderem, pode ser interessante apresentar algumas equações não balanceadas e apontar a quantidade dos elementos em cada lado da equação.

Formação cidadã 1. O conceito de reagente limitante refere-se à quantidade insu-

ficiente de antibiótico utilizada no tratamento, o que deixa “sobras” de bactérias, que podem sobreviver e se multiplicar. Isso contribui para a resistência bacteriana, um problema grave de saúde pública, pois infecções comuns podem se tornar mais difíceis de tratar. A depender das respostas dos estudantes, pode ser interessante incentivá-los a realizar uma pesquisa mais aprofundada sobre a resistência a antibióticos. 2. O uso incorreto de antibióticos pode levar ao aumento de bactérias resistentes, que podem ser transmitidas a outras pessoas, gerando surtos de infecções mais graves e de difícil tratamento. A escola pode promover campanhas educativas, organizar palestras com profissionais de saúde e distribuir materiais informativos sobre o uso correto de medicamentos. 3. Respostas pessoais. Uma simulação poderia modelar a propagação de bactérias resistentes em uma comunidade ao longo do tempo, dependendo de variáveis como a frequência de uso incorreto de antibióticos, a taxa de transmissão e a eficácia dos tratamentos disponíveis. Essa simulação permitiria prever cenários de surtos e estudar estratégias para minimizar a resistência.

Atividades 1. Neste momento, o mais importante é verificar a habilidade dos

estudantes de identificar reagentes e produtos com base na descrição do fenômeno, assim como suas fórmulas, e de representá-los. • 3 O2 + 4 Fe H 2 Fe2O3 • HCl + NaOH H NaCl + H2O 2. Duas moléculas de gás hidrogênio reagem com uma molécula de gás oxigênio, formando duas moléculas de água no estado líquido. Ou 2 mol de gás hidrogênio reagem com 1 mol de gás oxigênio, formando 2 mol de água no estado líquido. 3. a) H2(g) + Cl2(g) H 2 HCl(g). Os estudantes podem indicar que o gás hidrogênio é representado por (H2) e pode ser utilizado como combustível. b) 2 H2(g) + O2(g) H 2 H2O(g). Os estudantes podem indicar que o gás oxigênio é representado por (O2) e é importante para a respiração dos seres vivos. c) NH4NO3(s) H N2O(g) + 2 H2O(l). Os estudantes podem indicar que a água é representada por (H2O) e é muito importante para a sobrevivência dos seres vivos. d) Fe3O4(s) + CO(g) H 3 FeO(s) + CO2(g). Os estudantes podem indicar que o gás carbônico (CO2) é essencial para a fotossíntese. e) Al2O3(s) + 6 HCl(aq) H 2 AlCl3(aq) + 3 H2O(l). Os estudantes podem indicar que o ácido clorídrico é um ácido presente no suco gástrico e importante para a digestão de alimentos. 4. É importante incentivar os estudantes a refletir sobre como os conhecimentos químicos podem auxiliar na determinação da quantidade de produtos desejados sem desperdício de nenhum dos reagentes. 5. a) Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes indiquem que o cobre é um metal utilizado em instalações elétricas, em utensílios domésticos e em tubulações de vapor, água quente e gás natural. b) 1 Cu2S(s) + 1 O2(g) H 2 Cu(s) + 1 SO2(g) 1 mol de Cu2S - 1 mol de O2 1 ? 159 g/mol - 1 ? 32 g/mol 150 g - x x 1 30,2 g O reagente limitante será a calcocita, pois a reação de 150 g desse material requer 30,2 g de gás oxigênio. Logo, haverá gás em excesso.

Tema 17 • Materiais homogêneos Reflita 1. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes indiquem mate-

riais, como o vinagre, uma mistura homogênea, pois o ácido acético está completamente dissolvido na água, formando uma única fase; a água e o óleo, uma mistura heterogênea, pois, mesmo após agitação, as duas substâncias não se misturam completamente, formando duas fases distintas; o detergente diluído em água, uma mistura homogênea, já que o detergente se dissolve uniformemente na água, formando uma solução; o suco de fruta natural feito com polpa, uma mistura heterogênea, pois a polpa e o líquido podem ser visualmente separados, formando diferentes fases; entre outras possibilidades. 2. Respostas pessoais. Espera-se que os estudantes já tenham realizado esse preparo e percebam que há um limite de solubilidade do pó na água.

Atividades 1. Os estudantes devem consultar os dados apresentados no texto

e avaliar como classificar as soluções apresentadas na atividade com base nos conceitos estudados de insaturação, saturação, saturação com corpo de fundo e supersaturação. a) A quantidade de cloreto de ferro dissolvido é menor do que o máximo solúvel, logo a solução é insaturada. b) Como há mais nitrato de prata do que o máximo solúvel, a solução deve ser supersaturada ou saturada com corpo de fundo. c) Como há menos cloreto de sódio do que o máximo solúvel, a solução deve ser insaturada. d) Como há o máximo solúvel de hidróxido de potássio, a solução deve ser saturada. 2. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes respondam que identificariam materiais homogêneos como aqueles que são uniformes e contínuos, por exemplo, o vinagre, a água de torneira e o detergente líquido, e identificariam materiais heterogêneos como aqueles nos quais é possível verificar visivelmente diferentes partes, por exemplo, a areia ou terra do jardim, o granito e o leite com achocolatado após certo tempo sobre a mesa. 3. As partículas de argila irão se depositar no fundo do recipiente depois de determinado tempo. Isso ocorre por conta da maior densidade dessas partículas. Esse processo recebe o nome de sedimentação. 4. O suco de laranja deve ser classificado como uma suspensão, pois as partículas da polpa da laranja são visíveis a olho nu e tendem a se depositar no fundo do recipiente. O leite é um coloide, pois suas partículas são pequenas o suficiente para não se depositarem no fundo do recipiente, mas dispersam a luz em razão de seu tamanho. E a água com açúcar é uma solução, pois o açúcar está totalmente dissolvido, e não existem partículas visíveis a olho nu. 5. Espera-se que os estudantes indiquem que parte do cloreto de potássio não vai se dissolver na água, ou seja, vai ocorrer a formação de uma solução saturada com corpo de fundo.

Tema 18 • Concentração das soluções e propriedades coligativas Reflita 1. Resposta pessoal. O objetivo deste questionamento não é

apontar erros ou acertos por parte dos estudantes, mas fazê-los refletir sobre o conceito de concentração. Incentivar uma conversa com a turma, apresentando algumas propostas, como a indicação da dosagem de medicamentos e a concentração do soro fisiológico. Essa conversa pode ser usada para apresentar as unidades que expressam a concentração das soluções. 2. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes indiquem que a adição de água (solvente) deixará o suco com um sabor menos marcante (menos concentrado) e a adição de mais fruta (soluto) deixará o sabor mais marcante (mais concentrado).

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3. Resposta pessoal. Não se espera que os estudantes forneçam

respostas certas ou erradas para esta questão. O objetivo é fazê-los levantar hipóteses livremente com base no que estudaram até o momento. Vale pontuar que uma solução tem propriedades diferentes das propriedades das substâncias que a compõem.

Formação cidadã 1. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes encontrem os símbolos de agências de fiscalização e os apresentem.

2. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes indiquem secretarias que possam existir no município ou estado em que residem.

3. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes verifiquem que os

conhecimentos químicos são fundamentais para garantir a qualidade do leite consumido. Por meio de análises químicas, pode-se detectar a presença de substâncias adulterantes, como água adicionada ou conservantes não permitidos. Testes de pH, por exemplo, verificam a acidez do leite, um indicador de seu frescor, enquanto a análise de proteínas, gorduras e lactose ajuda a confirmar sua composição nutricional. Além disso, técnicas como a cromatografia são usadas para identificar resíduos de antibióticos ou pesticidas, assegurando que o produto esteja dentro dos padrões de segurança alimentar estabelecidos pela legislação brasileira.

Atividades 1. A concentração da solução é determinada pela divisão entre a

massa do soluto, em grama, pelo volume da solução, em litro, assim: m 0,25 = ______ soluto 0,2 msoluto = 0,25 g/L ? 0,2 L msoluto = 0,05 g 2. Fazendo uso da tabela periódica, verifica-se que a massa molar do NaCl é igual a 58,5 g/mol. Assim, 25 mol correspondem a 1 462,5 g. Calcula-se a concentração em massa: 5,85 C = _____ 0,25 C = 23,4 g/L Assim: 1 462,5 23,4 = _______ V V = 62,5 L 3. a) Para o NaCl, a concentração é 0,1 mol/L, equivalente a 5,8 g/L. Dividindo-se pela densidade, tem-se que são necessários cerca de 4,8 mL de NaCl. Notar que esse valor é bem próximo do volume estimado de uma colher de café (5 mL). Para o açúcar, a concentração é 0,06 mol/L, equivalente a 20,5 g/L. Pela densidade, tem-se o volume de 19,4 mL. Esse valor está próximo do considerado para uma colher de sopa (de 10 mL a 15 mL), sendo frequentemente recomendada uma ou duas medidas dessa colher para o preparo do soro caseiro. b) Os valores 2,15 g/mL e 1,6 g/mL são relativos aos cristais, mas não ao material granulado que se utiliza nos lares. Nesse caso, uma fração considerável da medida de volume está preenchida com ar, diminuindo a densidade do material em relação à do cristal. As densidades 1,2 g/mL e 1,06 g/mL são altamente dependentes da granulação do condimento, e os valores provavelmente seriam bem diferentes se fossem utilizados açúcar refinado (em vez do açúcar cristal) ou sal grosso (em vez do sal fino comum). 4. [X]inicial ? Vinicial = [X]final ? Vfinal Observe que o Vfinal = 0,2 mL + 0,3 mL. 0,2 ? 0,2 = [X]final ? 0,5 [X]final = 0,08 mol/L

5. Os estudantes devem indicar que o fenômeno observado é conhe-

cido como ebulioscopia, que é uma das propriedades coligativas das soluções. A temperatura de ebulição sobe porque a adição do soluto não volátil causa a diminuição da pressão de vapor da água.

6. a) Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes indiquem

que é essencial que a água esteja livre de substâncias tóxicas, como metais pesados (chumbo, mercúrio) ou pesticidas, além de apresentar um teor equilibrado de sais minerais, como cálcio e magnésio, sem exceder os limites seguros. O pH da água potável deve ser próximo da neutralidade, entre 6,5 e 8,5, o que assegura que ela não seja nem muito ácida nem muito alcalina (o conceito de pH será abordado em Tema posterior). Outro critério importante é a transparência, indicando a ausência de partículas suspensas e poluentes. Além disso, é fundamental que a água esteja isenta de microrganismos patogênicos, como bactérias, vírus e parasitas, para evitar doenças. b) Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes indiquem que a água é considerada solvente universal por causa da sua notável capacidade de dissolver uma vasta gama de substâncias, como sais, açúcares, gases e proteínas, o que se deve à sua natureza polar. A forte atração entre suas moléculas polares e íons ou outras moléculas polares facilita a dissolução de compostos, como o sal de cozinha, por exemplo. Além disso, a água é capaz de formar pontes de hidrogênio, o que a torna essencial para muitas reações químicas tanto no ambiente quanto nos organismos vivos.

Atividades complementares 1. Alternativa C. A massa atômica relativa de um elemento será

igual ao somatório das porcentagens das massas relativas dos isótopos. Assim: massa atômica do cloro = massa atômica do Cl-37 ? porcentagem + massa atômica do Cl-35 ? porcentagem 35x + 37y 35,5 = __________ 100 3 550 = 35 ? (100 _ y) + 37y y = 25% Como x + y = 100%, e y é 25%, logo x = 75%. 2. Alternativa D. M(K4[Fe(CN)6]) = 4 ? M(K) + M(Fe) + 6 ? M(C) + 6 ? M(N) = = 4 ? 39 + 56 + 6 ? 12 + 6 ? 14 = 368 g/mol Considerando que 184,1 g é aproximadamente metade do valor da massa molar, tem-se: 1 mol de ferrocianeto de potássio - 6 ? 6,02 ? 1023 íons de cianeto 0,5 mol de ferrocianeto de potássio - x x = 18,06 ? 1023 3. Alternativa D. Massa molar do C6H10 = 82 g/mol. Considerando a massa molar, 8 200 g de C6H10 são equivalentes a 100 mol (1,00 ? 102 mol de C6H10). 4. Alternativa B. A quantidade ideal do consumo de cálcio por dia é de 1 g (2 ? 500 mg). Assim: 40 g de Ca - 6,02 ? 1023 átomos 1 g de Ca - x átomos x = 0,1505 ? 1023 = 1,505 ? 1022 5. Alternativa C. Considerando que o O2 se comporta como um gás ideal, P ? V = n ? R ? T. Para calcular a densidade do gás é preciso reorganizar a equação. Assim: P?V=n?R?T m n = ___ M m )  ? R ? T P ? V = (___ M M ? T m = P ? V ? ___ R m = P ? ___ ___ M ? T V R ___ m = d V 1 ? 32 d = ___________ 0,082 ? 273 d = 1,42 g ? L_1 6. Alternativa C. Com base na equação, 1 mol de NH4NO 3 (M = 80 g/mol) produz 3,5 mol dos produtos (1 + 2 + 1,5).

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Observa-se que a massa de nitrato de amônio é igual a 160 g, logo a produção será de 7 mol. Outro ponto é a temperatura, que será 167 + 273 = 440 K. Assim: P = n ? R ? __ T V P = 7 ? 0,082 ? ____ 440 1 P = 252,56 2 P = 2,52 ? 10 atm 7. Alternativa E. Os quesitos apresentados indicam que a reação deverá produzir apenas um produto, sem reagentes nem produtos tóxicos. 8. Alternativa D. CaCO3 + HX H CaX2 + H2CO3 O ácido carbônico se transforma em CO2 e H2O. 9. Alternativa C. Observar que a sublimação é uma mudança de estado físico e a dissolução do sal de cozinha em água não é uma reação química. A liberação de luz e a formação de precipitado são exemplos de evidências de uma transformação química, ou seja, de uma reação química. 10. Alternativa A. Analisando a reação química, tem-se que 1 mol de Cu2S produz 2 mol de Cu. Desse modo: 159 g de Cu2S - 1 mol 1 tonelada - x mol x = 6 689,30 mol Essa quantidade resulta no dobro de Cu, mas com rendimento de 7,95%, assim: 7,95 = 1 000 h 1,0 ? 103 mol 6 689,30 ? 2 ? _____ 700 11. Alternativa C. Com base nas reações consecutivas, é necessário determinar a reação global; para isso, é preciso igualar os coeficientes estequiométricos do ZnO. 2 ZnS + 3 O2 H 2 ZnO + 2 SO2 2 ZnO + 2 CO H 2 Zn + 2 CO2 Somando as duas reações, obtém-se a reação global: 2 ZnS + 3 O2 + 2 CO H 2 SO2 + 2 Zn + 2 CO2 Com base na proporção de 2 mol de ZnS para 2 mol de Zn, tem-se: 2 ? 97 g ZnS - 2 ? 65 g Zn 100 kg ? 75% ? 80% - x x = 40 kg (considerando a pureza e o rendimento informados) 12. Alternativa B. Com base na fórmula molecular das substâncias e na equação da reação, 1 mol de butano produz 4 mol de gás carbônico. Assim: 1 ? 58 g C4H10 - 4 ? 44 g CO2 x g - 1 kg CO2 x = 0,33 kg de C4H10 13. Alternativa C. Com a adição do etanol ocorreu a atração das moléculas de água pelas moléculas de etanol, reduzindo a solvatação. 14. Alternativa B. Com base na massa molar da cafeína, tem-se: 197 g cafeína - 1 mol 0,08 g cafeína - x mol x = 0,00040 mol 0,00040 (200 mL em L) = 0,002 mol/L. A concentração é igual a _______ 0,2 15. Alternativa B. Com a relação da concentração de nitrato, tem-se: 0,009 mol - 1 L x mol - 5 000 L x = 45 mol de nitrato Percebe-se que a solução comercial disponível é de nitrato de cálcio. Assim, tem-se a seguinte reação: Ca(NO3)2 H Ca2+ + 2 NO_3

Dessa equação, identifica-se a relação do nitrato de cálcio com o nitrato. _1 mol de Ca(NO3)2 - 2 mol deNO_3 y mol de Ca(NO3)2 - 45 mol de NO _3  y = 22,5 mol de Ca(NO3)2 m n= M m=n?M m = 22,5 ? 164 = 3 690 g Agora, é possível determinar o volume da solução: 90 g - 1 L 3 690 g - w L w = 41 L

Integrando com... 1. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes relacionem a

ingestão de refrigerantes com o aumento de fosfato (derivado do ácido fosfórico) no organismo, o que provocaria um desequilíbrio na relação Ca/P e, consequentemente, na mineralização de ossos. As respostas também podem incluir a relação entre o excesso de açúcar e a incidência de cáries. 2. a) Espera-se que os estudantes percebam que o ácido carbônico resulta na formação de água e gás carbônico, conforme exposto no texto apresentado. b) As duas situações envolvem a reação entre o cálcio e os ácidos, produzindo, assim, sais que são solúveis em água e gás carbônico. No entanto, é importante ressaltar que, no organismo, o efeito nos ossos é indireto, pois não estão em contato direto com o ácido, como acontece com o ovo e o vinagre. 3. Resposta pessoal. Os estudantes podem apresentar esquemas e ilustrações com as principais informações do texto e outras que julgarem importantes. É interessante que sejam citadas as informações da quantidade de açúcar e de substâncias ácidas nas bebidas abordadas. 4. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes indiquem açúcar na versão original e sal na versão zero açúcar como as substâncias que apresentam maior concentração. Eles devem indicar também que o consumo de quatro copos resultará na ingestão de uma porcentagem de açúcar além da necessidade diária, provavelmente em torno de 116%. 5. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes indiquem que a quantidade de sal consumida pode acarretar problemas de saúde, como a hipertensão, por exemplo.

Unidade 4 • Moléculas em movimento Abertura 1. Resposta pessoal. O objetivo deste questionamento não é

apontar erros ou acertos por parte dos estudantes, mas fazê-los refletir sobre a relação entre energia e transformação. Incentivar uma conversa com a turma. Os estudantes podem associar energia à quebra e à formação de interações intermoleculares nos processos de mudança de estado físico, por exemplo, e à quebra e à formação de ligações químicas nas reações químicas. 2. Resposta pessoal. O objetivo deste questionamento não é apontar erros ou acertos por parte dos estudantes, mas fazê-los refletir sobre o significado de equilíbrio. Pode ser interessante explorar o uso da palavra equilíbrio em situações cotidianas (equilíbrio emocional, equilíbrio financeiro, equilíbrio alimentar, equilíbrio físico, entre outras) e reforçar que, em Química, ela representa um conceito importante que carrega seu próprio significado. Alguns estudantes podem resgatar a ideia de reversibilidade, abordada em Tema anterior, e associá-la ao conceito de equilíbrio dinâmico.

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Tema 19 • Química e energia Reflita 1. Resposta pessoal. O objetivo deste questionamento não é

apontar erros ou acertos por parte dos estudantes, mas fazê-los refletir sobre esta questão. Alguns estudantes podem indicar que o frio, diferentemente do calor, é uma sensação relacionada com a transferência de calor do corpo para o ambiente. 2. Respostas pessoais. O objetivo deste questionamento não é apontar erros ou acertos por parte dos estudantes, mas fazê-los refletir sobre esta questão. Eles podem indicar processos como as reações de combustão e as transformações físicas de mudança de estado. Uma curiosidade interessante que pode ser apresentada a eles é a de que o suor é um regulador de temperatura do corpo. Quando a temperatura ambiente está muito alta, em estações quentes, o corpo recebe calor do ambiente. A liberação de suor contribui para que a temperatura corporal não suba muito, pois, na pele, o suor recebe calor do corpo e evapora, provocando uma sensação de frescor. Por isso, em estações quentes, é importante se manter hidratado, já que o corpo perde mais líquido. 3. Resposta pessoal. O valor energético de um alimento ajuda a entender a quantidade de energia que ele fornece ao corpo humano. Essa informação é útil para planejar uma dieta equilibrada, ajustando a ingestão calórica conforme as necessidades individuais, como manutenção do peso, ganho de massa ou emagrecimento. Por meio do valor energético, também pode-se comparar alimentos e fazer escolhas mais saudáveis, controlando o consumo calórico.

Oficina científica 1. Os estudantes devem notar que a temperatura aumentou. 2. Os estudantes devem indicar que ocorreu uma reação química.

Explorar as evidências de uma reação química, as quais, nesse caso, seriam o aumento da temperatura e a mudança de coloração da palha de aço. 3. Os estudantes devem indicar que a reação química entre o ferro (palha de aço) e o ácido acético (vinagre), que produz acetato de ferro e hidrogênio, é exotérmica. Ou seja, o sistema libera calor para a vizinhança.

Atividades 1. Resposta pessoal. O objetivo deste questionamento não é

apontar erros ou acertos por parte dos estudantes, mas fazê-los refletir livremente sobre o termo. Pode ser interessante solicitar a eles que pesquisem em dicionários a etimologia da palavra. 2. a) Assumindo que quente signifique uma temperatura maior do que 25 °C, a xícara de chocolate deve liberar calor para o ambiente. b) O cubo de gelo, por estar a uma temperatura em torno de 0 °C, deve absorver calor do ambiente. c) A embalagem deve liberar calor ao ambiente interno da geladeira. d) A embalagem de leite deve estar em equilíbrio térmico com o espaço interno da geladeira. 3. Resposta pessoal. Os estudantes devem concluir que a expressão é incorreta. O frio é uma sensação causada pela perda de calor, portanto seria mais correto afirmar “feche a janela para não deixar o calor sair”. 4. a) Antes do acionamento da válvula, sistema fechado; depois, sistema aberto. b) A pressão máxima da panela é controlada pela válvula de escape e pela válvula de segurança. Sem elas, a pressão poderia aumentar até que o metal não suportasse e a panela se rompesse, explodindo.

5. Resposta pessoal. O objetivo deste questionamento não é

apontar erros ou acertos por parte dos estudantes, mas fazê-los refletir livremente sobre as características dos sistemas, para que então possam exemplificar corretamente. 6. As representações devem conter um plano cartesiano de dois eixos, sendo o eixo vertical referente à energia e o eixo horizontal, ao tempo de reação. Além disso, a seta que indica a passagem dos reagentes aos produtos, se houver, deve ser paralela ao eixo vertical. Na reação exotérmica, os reagentes devem ser posicionados acima e à esquerda dos produtos, pois eles têm uma quantidade de energia maior. Na reação endotérmica, os reagentes devem ser posicionados abaixo e à esquerda dos produtos, pois eles têm uma quantidade de energia menor. 7. Resposta pessoal. A capacidade térmica específica é uma propriedade que indica a quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de 1 grama de um material em 1 °C. Em outras palavras, a capacidade térmica específica indica quanto calor pode ser absorvido antes que haja variação de temperatura. No dia a dia, pode-se perceber esse conceito ao comparar, por exemplo, a rapidez com que diferentes materiais esquentam ou esfriam. Os estudantes podem citar, como exemplos, uma panela de metal que esquenta mais rapidamente do que a água dentro dela; a areia da praia cuja temperatura é sempre maior do que a da água do mar durante o dia; uma colher de metal que esquenta mais do que uma de plástico ou de madeira quando em contato com algum líquido quente; entre outras possibilidades.

Tema 20 • Entalpia e lei de Hess Reflita 1. Resposta pessoal. O objetivo deste questionamento não é apontar

erros ou acertos por parte dos estudantes, mas fazê-los refletir sobre a questão apresentada. No cotidiano, com frequência, as pessoas fazem uso da energia calorífica de diferentes processos, mas dificilmente se preocupam em quantificá-la. No entanto, de forma indireta, ao avaliar uma conta de luz, por exemplo, há certa quantificação sendo feita. Mencionar aos estudantes que a entalpia ajuda a quantificar a energia envolvida em diferentes processos. 2. Resposta pessoal. O objetivo deste questionamento não é apontar erros ou acertos por parte dos estudantes, mas fazê-los refletir sobre a questão com base no que aprenderam até o momento. Assim como na receita do bolo, em que a ordem das etapas não mudou o resultado final, a quantidade total de energia liberada ou absorvida em uma reação depende apenas do estado inicial e final, não do caminho que a reação segue.

Formação cidadã 1. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes descrevam carac-

terísticas do clima da região em que vivem, indicando a temperatura média, a umidade relativa do ar, e assim por diante. Para enriquecer a discussão, pode-se incentivar uma comparação com outras regiões do país, destacando as diferenças climáticas. 2. Resposta pessoal. Os estudantes devem mencionar as plantações com as quais têm contato frequente, como milho, morango, tomate ou outras culturas típicas da região em que vivem. Pode ser interessante fazer uma conexão com as hortaliças discutidas no texto, destacando a importância dessas culturas na alimentação local. 3. Espera-se que os estudantes compreendam que o microclima é uma pequena região ao redor da planta onde o clima difere do ambiente circundante. Esse microclima pode ser influenciado por fatores como a sombra, a umidade e a disposição das plantas, criando condições específicas que afetam o desenvolvimento vegetal. 4. Os estudantes devem relacionar a entalpia com o estudo das trocas de calor entre as plantas e o ambiente. A compreensão dessas trocas permite ajustar as condições térmicas, como temperatura e umidade, garantindo um ambiente adequado para o crescimento das plantas, promovendo seu conforto térmico.

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Atividades 1 O H H O 1. a) H2 + __ 2 2 2 b) A entalpia pode ser calculada pela subtração da soma das energias de ligação rompidas pela soma das energias de ligação formadas. DH = (436 kJ/mol + 247,5 kJ/mol) _ (2 ? 463 kJ/mol) = = _242,5 kJ/mol 2. Resposta pessoal. O objetivo deste questionamento não é apontar erros ou acertos por parte dos estudantes, mas fazê-los refletir sobre a questão com base no que aprenderam até o momento. Ao usar a lei de Hess, cientistas conseguem prever a energia total envolvida nessas reações, mesmo que elas ocorram em etapas diferentes. Assim, é possível otimizar o processo ao ajustar a quantidade de energia liberada ou absorvida em cada etapa, utilizando catalisadores ou controlando as condições de temperatura e pressão, para garantir maior eficiência energética e segurança na produção do ácido sulfúrico. A redução do desperdício de energia resulta em uma fabricação mais econômica e sustentável. 3. SO3(g) + H2O(l) H H2SO4(aq) 4. A entalpia de formação da reação é dada pela diferença entre a variação da entalpia dos produtos e a variação da entalpia dos reagentes. Assim: DHreação = _814,0 kJ/mol _[(_395,7 kJ/mol) + (_285,8 kJ/mol)] DHreação = _132,5 kJ/mol

Tema 21 • Cinética química Reflita 1. Resposta pessoal. O objetivo deste questionamento não é

apontar erros ou acertos por parte dos estudantes, mas fazê-los refletir sobre a ocorrência de reações químicas em termos submicroscópicos, expressando ideias de como os átomos e as moléculas se comportam. 2. Resposta pessoal. O objetivo deste questionamento não é apontar erros ou acertos por parte dos estudantes, mas fazê-los refletir sobre essa questão. Espera-se que eles especulem sobre as energias envolvidas nos processos de formação e rompimento de ligações químicas e sobre o que pode ocasionar esses processos. 3. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes indiquem algumas estratégias, como a refrigeração, o congelamento, a desidratação, a conservação química (salgamento, por exemplo) ou o uso de embalagem a vácuo.

Oficina científica 1. Os estudantes devem organizar os dados do tempo da dissolução em função dos procedimentos realizados nos três copos.

2. Os estudantes devem indicar que a reação ocorreu mais rapi-

damente no segundo copo, no qual foi colocado o comprimido triturado. Quanto à justificativa, o objetivo não é apontar erros ou acertos por parte deles, mas incentivá-los a elaborar uma hipótese para a dissolução mais rápida do comprimido no segundo copo. 3. Os estudantes devem indicar que a reação ocorreu mais lentamente no terceiro copo, no qual foi colocado gelo. Quanto à justificativa, o objetivo não é apontar erros ou acertos por parte deles, mas incentivá-los a elaborar uma hipótese para a dissolução mais lenta do comprimido no terceiro copo. 4. O objetivo não é apontar erros ou acertos por parte dos estudantes, mas incentivá-los a elaborar uma hipótese para a dissolução do comprimido em água com temperatura elevada.

Formação cidadã 1. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes mencionem

técnicas tradicionais como defumação, salga e desidratação. Seria interessante, após a conversa, discutir essas técnicas com a turma ou incentivar a pesquisa sobre como a Química está envolvida em cada uma delas. 2. Resposta pessoal. A expectativa é que os estudantes citem técnicas mais modernas, como o uso de refrigeradores, o armazenamento em recipientes herméticos e a fervura. Essas técnicas podem ser analisadas em sala de aula, comparando-as com os métodos mais antigos e destacando os princípios químicos envolvidos. 3. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes tragam informações que reforcem a importância de uma alimentação mais saudável, com menor consumo de alimentos industrializados, já que muitos aditivos alimentares são questionados quanto ao seu impacto na saúde. Essa pesquisa pode abrir discussões sobre a regulação do uso de aditivos e a busca por alternativas naturais na preservação dos alimentos.

Atividades 1. III, II, I (amadurecimento da banana , formação de ferrugem , , decomposição da sacola plástica).

2. Os estudantes podem indicar que o gráfico mostra o consumo do

reagente A durante a reação, pois sua concentração diminui com o tempo, e a formação de C e B, pois suas concentrações aumentam com o tempo. Eles podem também associar a rapidez mais pronunciada de formação de C ao seu coeficiente estequiométrico. Por fim, espera-se que percebam que as três substâncias apresentam diminuição na rapidez com que são formadas ou consumidas. Ou seja, são máximas no início da reação, o que é evidenciado pela inclinação acentuada das curvas em tempos mais próximos de zero, e diminuem conforme o tempo passa. Isso é verificado experimentalmente na maioria das reações. 3. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes se baseiem no que foi apresentado no Tema. Eles podem representar uma molécula de reagente na horizontal e outra na vertical. Também é esperado que os raios atômicos e a estequiometria da reação sejam levados em consideração. 4. a) O gráfico deve indicar o aumento na concentração de H2O (curva mais inclinada) e O2 (curva menos inclinada) e a diminuição da concentração de H2O2 (inclinação proporcional à da curva do produto H2O). Não é necessário que a resposta corresponda exatamente a uma curva produzida com dados reais, mas é esperado que ela seja coerente com as informações obtidas da equação. |rm (H 2 O 2)| |rm (H 2 O) | |rm (O 2) | b) rm (reação) = ___________ = ___________ = _ 1 2 2 5. a) Resposta pessoal. As respostas não precisam ser focadas em reações químicas específicas. Os estudantes podem citar, por exemplo, o fato de que muitos alimentos são resfriados ou congelados para tornar reações de decomposição mais lentas. b) Resposta pessoal. Os estudantes podem citar, por exemplo, a efervescência de antiácidos. Quanto maior for a concentração de ácido no estômago ou no líquido em que o comprimido é dissolvido, mais rápida é a reação de liberação de gás carbônico. c) Resposta pessoal. Os estudantes podem citar, por exemplo, o cozimento em panela de pressão. O aumento da pressão dentro da panela acelera a fervura da água, permitindo que os alimentos cozinhem mais rápido. d) Resposta pessoal. Os estudantes podem citar, por exemplo, a queima de madeira para fazer fogueira. A madeira picada em pedaços pequenos queima mais rápido do que um tronco grande, em razão da maior área de contato com o gás oxigênio. 6. Os estudantes devem indicar que quanto maior for a superfície de contato do alimento, maior será a exposição ao calor da panela e mais rápida será a transferência de energia, tornando o preparo mais rápido.

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7. Os estudantes devem indicar que, na panela de pressão, a tem-

peratura de ebulição da água atinge valores acima de 100 °C. Em temperaturas mais elevadas, as reações químicas envolvidas no cozimento ocorrem mais rapidamente, acelerando o processo de preparo dos alimentos. 8. A reação de decomposição do trinitrotolueno libera uma grande quantidade de energia, ou seja, é exotérmica. Espera-se que o gráfico se assemelhe ao apresentado na página 261, com os produtos em nível de energia mais baixo que os reagentes, e que a energia de ativação seja apontada como correspondente ao pico da curva.

Tema 22 • Catálise Reflita 1. Resposta pessoal. O objetivo deste questionamento não é apontar

erros ou acertos por parte dos estudantes, mas fazê-los refletir livremente sobre possíveis analogias entre esse evento e uma reação química. Os estudantes podem indicar que algumas reações ocorrem em etapas. Se isso for mencionado, incentivá-los a associar o bastão a etapas reacionais intermediárias, em que são produzidas substâncias que não estão presentes no início nem no final da reação. Os corredores mais lentos definiriam o tempo total da corrida. Da mesma maneira, a etapa reacional mais lenta define a rapidez geral da reação. Levá-los a concluir que entender essas etapas ajuda a prever e a controlar a rapidez com que a reação ocorre. 2. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes indiquem que a adição do fermento está relacionada com o crescimento da massa. Foi indicado, no início do Tema, que o fermento é uma substância que torna uma reação mais rápida. Vale incentivá-los a tentar fornecer uma explicação para isso, sem apontar erros ou acertos.

Formação cidadã 1. Com base no texto e no conteúdo apresentado na seção, é

esperado que os estudantes indiquem, mesmo que de modo genérico, equações químicas e curvas de reação. As respostas mais satisfatórias devem classificar as substâncias mencionadas no texto em produtos (O2, CO2, N2), reagentes (CO, NOx) e catalisadores (Pt, Pd, Rh). No caso de equações, os catalisadores devem estar indicados sobre as setas, e, no caso das representações gráficas, a diminuição da energia de ativação por causa do uso dessas substâncias deve estar indicada. 2. Resposta pessoal. Algumas legislações estaduais que podem ser encontradas estão listadas a seguir. Programa de Inspeção Veicular (PE). Plano de Controle da Poluição Veicular (PCPV) (RJ). Programa Estadual de Desenvolvimento da Cadeia Produtiva do Etanol (RS). Projeto Agente Jovem Ambiental (AJA) (CE). Essas legislações, de maneira geral, dispõem sobre a regulamentação, a avaliação e/ou a fiscalização da emissão de gases por veículos automotores, incluindo máquinas movidas a óleo diesel. De modo geral, elas também estão relacionadas ao incentivo da substituição de veículos e sistemas obsoletos, que são mais poluentes e não podem ser adaptados para se adequarem aos padrões nacionais. Em especial na Região Centro-Oeste, por causa da grande produção de biocombustíveis no entorno, a legislação local promove o uso de biodiesel e etanol, com o objetivo de reduzir as emissões em áreas urbanas, com incentivos fiscais e programas para modernizar a frota veicular. 3. Resposta pessoal. O objetivo desta atividade é mostrar, de forma lúdica, os procedimentos realizados nesse tipo de vistoria. Orientar os estudantes durante a elaboração do texto em formato de relatório técnico e incentivá-los a argumentar com dados os motivos da reprovação, mencionando, por exemplo, a possibilidade de modernização do veículo, a presença de catalisador, o estado geral do motor etc. Se considerar pertinente, solicitar aos estudantes que realizem uma encenação simples, de modo a promover um

debate que leve à reflexão sobre problemas ambientais e de saúde pública, que podem ser causados pela circulação do veículo com o catalisador com defeito.

Atividades 1. a) A glicose oxidase é uma proteína com ação catalisadora, por-

tanto pode ser classificada como uma enzima. b) Ela catalisa a reação entre a glicose e o gás oxigênio residual dentro da embalagem, convertendo o gás oxigênio em água ou ácido glucônico. Isso reduz a quantidade de gás oxigênio disponível e, consequentemente, inibe a deterioração dos alimentos. 2. Resposta pessoal. O objetivo desta questão é fazer os estudantes explorarem o uso de catalisadores em diferentes áreas da Ciência e da indústria. Trata-se de uma oportunidade para entender os contextos (ambiente, energia e saúde) nos quais são aplicados. Espera-se que o texto produzido traga informações relevantes e atuais sobre o assunto escolhido e exponha o entendimento de sua importância. 3. Os estudantes devem indicar que, no ponto I, a reação de decomposição ocorre sem a presença de um catalisador, por isso a energia de ativação é mais alta. No ponto II, a reação acontece com a presença de catalisador (uma enzima presente no sangue), por isso apresenta uma menor energia de ativação. 4. a) Espera-se que os estudantes deduzam que a faixa de temperatura em que a enzima apresenta maior eficiência é a faixa em que ela tem maior atividade, isto é, entre 25 °C e 35 °C, aproximadamente. b) Espera-se que os estudantes deduzam que a enzima terá menor atividade, ou seja, não funcionará tão bem. Como resultado, a reação que ela catalisa irá acontecer de modo mais lento, podendo não ocorrer de nenhum modo.

Tema 23 • Equilíbrio químico Reflita 1. Resposta pessoal. O objetivo deste questionamento não é

apontar erros ou acertos por parte dos estudantes, mas fazê-los refletir sobre a possibilidade de reverter reações químicas, convertendo os produtos em reagentes novamente. O cimento é um material essencial na construção de casas, pontes e outras estruturas das cidades. Com a mistura de brita e água, prepara-se o concreto. Essa mistura se solidifica após a reação química que libera calor e vapor de água, tornando o material sólido e rígido. Trata-se de uma reação irreversível. 2. Resposta pessoal. O objetivo deste questionamento não é apontar erros ou acertos por parte dos estudantes, mas fazê-los refletir sobre como as condições de uma reação química podem influenciar o equilíbrio químico. É possível prever a proporção de reagentes e produtos no equilíbrio conhecendo a constante de equilíbrio, as concentrações iniciais e a temperatura, auxiliando, assim, o entendimento sobre a influência da Lei de Ação das Massas e do Princípio de Le Chatêlier no equilíbrio químico.

Formação cidadã 1. a) A espeleologia é a Ciência que estuda as formações das cavernas, os ecossistemas que existem nelas e a história, tanto geológica quanto arqueológica, que elas preservam. Ao realizar a pesquisa, os estudantes podem explorar os tipos de cavernas (cársticas, vulcânicas e de gelo) e investigar as técnicas de exploração, os equipamentos utilizados, entre outras características. Aspectos criativos envolvendo a exploração dos sítios arqueológicos são realizados por meio de ambientação com luzes e outras iniciativas, como a EspeleoArte. Sobre o assunto, recomenda-se o vídeo Espeleologia: o estudo das cavernas, disponível em: https://www.youtube.com/watch ?v=XheIMH_g8ig (acesso em: 27 out. 2024). Outra sugestão é a leitura do texto Qual a importância das cavernas para o meio ambiente?, disponível em: https://semil.sp.gov.br/edu cacaoambiental/2021/11/qual-a-importancia-das-cavernas -para-o-meio-ambiente/ (acesso em: 27 out. 2024).

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b) As Reservas da Biosfera são áreas naturais protegidas, reconhecidas pela Organização das Nações Unidas para a Educação, a Ciência e a Cultura (Unesco), que combinam a conservação da biodiversidade com o uso sustentável dos recursos naturais. Elas incluem ecossistemas variados, como florestas, montanhas, rios e cavernas, e são essenciais para a manutenção da vida no planeta. 2. Respostas pessoais. Orientar os estudantes a realizar uma pesquisa sobre as Reservas da Biosfera e as cavernas da região em que moram ou de áreas próximas. Incentivá-los a conversar com os colegas sobre suas experiências pessoais, para que ampliem o repertório ao trocar informações sobre o assunto. Se considerar pertinente, incentivar visitas a essas áreas e/ou programar uma atividade extracurricular que envolva espaços naturais com atuação pedagógica. Sobre o assunto, sugere-se acessar os Dados geoespaciais do site do Instituto Chico Mendes de Conservação da Biodiversidade, disponível em: https://www.gov.br/icmbio/pt-br/assuntos/ dados_geoespaciais (acesso em: 27 out. 2024).

Atividades 1. Existem diversos detalhes que podem ser explorados nesta

atividade. O texto pode conter descrições dos materiais, dos fenômenos e das hipóteses para o que foi observado. O texto a seguir é um exemplo de resposta. A vela é formada por duas partes: o pavio, aparentemente fabricado em tecido ou fibra, inserido no centro de um cilindro de parafina, material que tem característica de cera e age como suporte físico para toda a vela. Para acender a vela é necessária uma fonte de calor, como a chama de um palito de fósforo. Após a aproximação da chama, o pavio começa rapidamente a pegar fogo. A chama se mantém no pavio e não se espalha pelo corpo da vela. A parafina que sustenta a vela derrete próxima à chama e sobe pelo pavio, onde é queimada. Observa-se que a chama não se inicia onde há o contato do pavio com a parafina sólida, e sim alguns milimetros acima. A chama apresenta intensa cor amarela, emite luz e calor e se movimenta de acordo com o vento, apagando-se caso seja submetida a um vento moderado, como o de um assopro. 2. a) O gráfico deve indicar maior concentração de reagentes no equilíbrio. Concentração Reagentes

Tempo b) O gráfico deve indicar maior concentração de produtos no equilíbrio.

Tempo

ILUSTRAÇÕES: ORACICART

Concentração

Reagentes

reação), devem estar representadas apenas partículas de reagentes, distribuídas de maneira uniforme no meio reacional. No tempo 1 (curto), partículas de produto e de reagente devem estar representadas, podendo ser equivalentes ou não. No tempo 2 (longo), apenas partículas de produtos devem estar representadas, pois não há formação reversa de reagentes. Já para a transformação reversível, no tempo zero (início da reação), a situação seria semelhante à anterior, com os reagentes distribuídos no meio. No tempo 1 (curto), a representação também pode seguir como na anterior, mas, de maneira geral, espera-se que sejam representadas mais partículas de reagentes, indicando que a transformação ocorre em ambas as direções. No tempo 2 (longo), a reação atinge o equilíbrio químico, portanto reagentes e produtos devem estar representados, de preferência, em proporções diferentes do que no tempo 1. No texto, espera-se que os estudantes expliquem em que conceitos eles fundamentaram seus esboços. Assim, considere a coerência dos argumentos ao avaliar os textos. 4. Utilizando a expressão de KC para cada reação, tem-se: [HBr]2 1,9 ? 1017 = ______ 1?1 [HBr] = 4,35 ? 108 mol/L [HI]2 7,9 ? 102 = _____ 5?2 [HI] 1 89 mol/L

Tema 24 • Sistemas em equilíbrio Reflita 1. Resposta pessoal. O objetivo deste questionamento não é

apontar erros ou acertos por parte dos estudantes, mas fazê-los refletir sobre possíveis comportamentos do sistema. Eles podem indicar que o reagente adicionado ficará em excesso ou que o equilíbrio do sistema será perturbado. O importante é destacar que o equilíbrio responderá a essa perturbação. 2. Resposta pessoal. Incentivar que os estudantes apresentem livremente suas ideias do que seja uma bebida ácida. Há um senso comum sobre a ideia de acidez, associada a certo sabor, que faz parte do vocabulário popular. Grande parte das bebidas naturais e industrializadas são ácidas. Sucos de fruta, como os de abacaxi, laranja e limão, geralmente são ácidos em razão da presença dos ácidos cítricos.

Formação cidadã 1. A síntese de Haber-Bosch teve um papel importante durante

Produtos

3. Para a transformação irreversível, no tempo zero (início da

a Primeira Guerra Mundial, pois permitiu à Alemanha produzir fertilizantes e explosivos utilizando o gás nitrogênio do ar, em um momento em que o país enfrentava embargos e escassez de recursos naturais. Além disso, essa síntese revolucionou a agricultura moderna ao viabilizar a produção em larga escala de amônia, usada na produção de fertilizantes, aumentando a produtividade agrícola e ajudando a suprir a demanda global de alimentos. 2. Resposta pessoal. Se cientistas desenvolverem um processo mais eficiente e econômico para a produção de um material, o custo de sua obtenção tende a diminuir, o que pode reduzir seu preço no mercado. Isso tornaria o material mais acessível, ampliando sua utilização em diversas indústrias e promovendo o desenvolvimento de novas tecnologias. Para a sociedade, essa inovação pode resultar em melhorias econômicas, maior disponibilidade de produtos, além de avanços em algumas áreas, como saúde, agricultura e energia, dependendo do material em questão.

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Atividades 1. A concentração é igual a 4 ? 107 mol/L.

6. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes indiquem que,

na indústria química, mais precisamente, esse princípio é utilizado para aprimorar a produção de determinada substância. Por exemplo, por meio do conhecimento das condições de equilíbrio de uma reação química, ou seja, de como o equilíbrio se desloca em função da temperatura.

7. a) Espera-se que os estudantes indiquem que a concentração

do produto aumenta e a concentração dos reagentes diminui com o tempo até atingir certos valores constantes. Devem indicar também que esse momento em que as concentrações se mantêm constantes corresponde ao estado dinâmico de equilíbrio. b) Espera-se que seja indicado que o estado de equilíbrio (quando as concentrações alcançam valores constantes) é atingido em menor tempo. [C] ORACICART

Concentração (mol/L)

3. Resposta pessoal. Com base no que aprenderam até o momento, os estudantes devem perceber que o volume diminui durante a reação: os 4 mol de gás nos reagentes (1 mol de N2 e 3 mol de H2) formam 2 mol de amônia (NH3). Assim, aumentar a pressão deve favorecer o deslocamento do equilíbrio para o lado de menor volume, resultando em mais amônia. A entalpia-padrão de formação da amônia é negativa, ou seja, a reação é exotérmica. Para favorecer a produção de amônia, a temperatura deve ser reduzida, já que a reação tende a se deslocar para o lado dos produtos em temperaturas mais baixas. Assim, idealmente, a conclusão seria que os cientistas adotaram pressões altas e temperaturas baixas. No entanto, temperaturas muito baixas tornam a reação lenta, e altas pressões exigem equipamentos robustos e caros. Haber e Bosch resolveram esse dilema utilizando pressões elevadas (entre 200 e 300 atmosferas), o que deslocava o equilíbrio em direção à produção de amônia, e temperaturas moderadas (cerca de 450 °C). Os ajustes foram suficientes para manter uma taxa de reação adequada sem desfavorecer o equilíbrio químico. Além disso, introduziram o uso de catalisadores que aceleram a reação sem alterar o equilíbrio, permitindo uma produção eficiente em condições industriais.

[A2] [B2] Tempo

[NO (g)]2 [N2O4(g)] 1,00 4,0 ? 10_2 = _________ [N2O4(g)]

2 2. a) KC = _________

8. a) Espera-se que os estudantes recomendem a troca da água do aquário, pois uma água com pH elevado, ou seja, uma água básica é prejudicial aos peixes dessa espécie. Podem surgir indicações para diminuir o pH da água com a adição de substâncias ácidas adequadas para esse fim.

[N2O4(g)] = 25 mol/L [NO2(g)]2 b) KC = _________ [N2O4(g)]

b) Espera-se que os estudantes indiquem a faixa de viragem (ácido para base) na cor verde, pH entre 6,0 e 7,6. A cor amarela indica a acidez, faixa de pH entre 0 e 6,0 (acima de 6,0 já começa a ficar verde), e a cor azul indica a basicidade, faixa de pH entre 7,7 e 14,0.

(0,5)2 4,0 ? 10_2 = _________ [N2O4(g)] [N2O4(g)] = 6,25 mol/L

3. a) Sentido do reagente, pois há menos partículas. b) Não haverá deslocamento, pois o número de partículas em cada lado é o mesmo (2). c) Sentido do produto, pois há menos partículas. 4. A constante de equilíbrio diminui com o aumento da temperatura, ou seja, o aumento da temperatura desfavorece a reação direta. Dessa forma, a reação é exotérmica. 5. Ácido clorídrico 0,10 mol/L: pH = _log [H+] pH = _log [10_1] pH = 1 pH + pOH = 14 pOH = 14 _ 1 = 13

Atividades complementares 1. Alternativa B. A água está no estado líquido e sofre transfor-

mação física para o estado gasoso por meio da absorção de energia da luz do sol, ou seja, é um processo endotérmico. Os itens A e C são exemplos de processos exotérmicos, pois liberam energia. O item D exemplifica uma mudança de estado físico exotérmico, pois a água perde energia ao se solidificar. Com relação ao item E, a variação de entalpia depende de uma série de fatores, como rompimento e formação de ligações, e não só dos estados físicos dos reagentes.

2. Alternativa B. Em uma reação exotérmica, a entalpia dos produtos é menor do que a entalpia dos reagentes. Assim, com base no gráfico, é possível identificar essa relação, HB , HA.

3. Alternativa C. Observa-se que a questão apresenta a variação de

Ácido acético 0,10 mol/L:

energia para 1 g. É preciso, portanto, calcular para 5 g.

[H ] ? [Ac ] Ka = ___________ [Ácido] +

É necessário determinar a concentração do íon H a partir do Ka = 1,75 ? 10_5. +

[Ácido] ? Ka = [H ] [H+]2 = 1,75 ? 10_5 ? 0,1 mol/L [H+] = 0,013 pH = _log (0,013) pH = 2,88 pH + pOH = 14 pOH = 14 _ 2,88 = 11,12 + 2

Entalpia inicial: _18,8 kJ — 1 g x—5g x = _94 kJ Entalpia final: _2,4 kJ — 1 g y—5g y = _12 kJ DH = Hf _ Hi DH = _94 + 12 = _82 kJ

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4. Alternativa A. Parte-se da reação de combustão de cada uma das

substâncias apresentadas (as equações precisam ser balanceadas). Em seguida, identifica-se a quantidade de CO2 formada em cada reação. Metano: CH4(g) + 2 O2(g) H 4 CO2(g) + 2 H2O(l) 1 mol de CH4 produz 1 mol de CO2(g), e a energia envolvida é 890 kJ. Butano: 13 O2(g) H 4 CO2(g) + 5 H2O(l) C4H10(g) + ___ 2 1 mol de C4H10(g) produz 4 mol de CO2(g), e a energia envolvida é 2 878 kJ. Calculando a energia para 1 mol de CO2, verifica-se que 2 878 : 4 = 719,5 kJ. Octano: 25 O2(g) H 2 CO2(g) + 9 H2O(l) C8H18(g) + ___ 2 1 mol de C8H18(g) produz 8 mol de CO2(g), e a energia envolvida é 5 471 kJ. Calculando a energia para 1 mol de CO2, verifica-se que 5 471 : 8 = 683,9 kJ. A ordem crescente de calor obtido por mol de CO2 é: gasolina , , GLP , gás natural. 5. Alternativa C.1. Temperatura. É abordado o efeito da temperatura na degradação dos alimentos. 2. Superfície de contato. O corte causa aumento da superfície de contato. 3. Catalisadores. As enzimas são catalisadores biológicos, pois diminuem a energia de ativação de reações. 6. Alternativa D. A variação da entalpia da reação é _10 kJ _ 20 kJ = = _30 kJ. 7. Alternativa D. A variação da entalpia da reação é positiva, indicando que a reação é endotérmica, e o aumento da temperatura favorece as reações endotérmicas. 8. Soma: 24 (08 + 16). 9. Alternativa A. É preciso identificar a bebida que tem o menor caráter ácido por meio do seu pH. Assim, quanto maior for o pH, menor será o caráter ácido. A bebida com essa característica é o chá.

Integrando com...

1. Os estudantes devem indicar que o pH do sangue humano é

levemente básico (alcalino) por ser um valor maior do que 7,0. Para determinar a faixa de pH, eles devem usar a equação pH = _log [H+]. Assim, colocando a concentração de íons hidrogeniônicos em evidência: [H+] = 10_pH. O que resulta na faixa de concentração de íons hidrogeniônicos de 4,5 ? 10_8 mol/L a 3,5 ? 10_8 mol/L. 2. Espera-se que os estudantes indiquem que a alcalose e a acidose respiratória estão ligadas ao equilíbrio da concentração de dióxido de carbono no sangue, que influencia diretamente o pH sanguíneo por meio do sistema-tampão ácido carbônico-bicarbonato. O dióxido de carbono, ao se dissolver no sangue, reage com a água, formando ácido carbônico, que pode se dissociar em íons hidrogênio e íons bicarbonato. A reação está representada a seguir. CO2(aq) + H2O(l) ê H2CO3(aq) ê H+(aq) + HCO_3 (aq) Quando há excesso de dióxido de carbono no sangue (hipercapnia), a concentração de íons hidrogênio aumenta, tornando o sangue mais ácido e resultando em acidose respiratória. Isso pode ocorrer em situações de insuficiência respiratória, quando o corpo não consegue eliminar adequadamente o gás carbônico. A redução da concentração de dióxido de carbono (hipocapnia), geralmente por causa do aumento da frequência respiratória, diminui a produção de íons hidrogênio, aumentando o pH e levando à alcalose respiratória. Nessa condição, a eliminação de gás carbônico é excessiva, o que reduz a acidez do sangue e o torna mais alcalino. Portanto, o dióxido de carbono, ao alterar a concentração de íons hidrogênio no sangue, é um fator fundamental para a regulação do pH sanguíneo e está relacionado com o desenvolvimento de condições como a acidose ou a alcalose respiratória.

Unidade 5 • Química Orgânica Abertura O objetivo deste questionamento não é apontar erros ou acertos por parte dos estudantes, mas fazê-los compreender que, embora orgânica seja um termo comumente associado a um conteúdo específico de Química (e aparentemente separado de todo o resto), as leis gerais da Química estudadas até o momento valem tanto para os materiais orgânicos quanto para os inorgânicos.

Tema 25 • Introdução à Química Orgânica Reflita 1. Resposta pessoal. Os estudantes podem citar substâncias como o etanol, o metano e o gás carbônico.

2. O objetivo deste questionamento não é apontar erros ou

acertos por parte dos estudantes, mas fazê-los refletir sobre a questão com base no que aprenderam até o momento. Há outros elementos que podem formar cadeias, mas de maneira mais limitada ou com características diferentes, como o fósforo, o enxofre e o silício. Entretanto, considerando as condições de pressão e temperatura na superfície terrestre, o carbono é o elemento que forma cadeias mais estáveis, sendo predominante nos seres vivos.

Atividades 1. Os números podem variar de acordo com a fonte pesquisada.

Em média, estes são os principais elementos químicos presentes no corpo humano: 65% de oxigênio, 18% de carbono, 10,2% de hidrogênio, 3,1% de nitrogênio, 1,6% de cálcio, 1,2% de fósforo e 0,25% de potássio e enxofre, além de percentuais menores de sódio, magnésio, cloro e outros elementos. O objetivo é mostrar aos estudantes que uma fração considerável dos elementos químicos existentes na natureza é encontrada no corpo humano, ainda que sejam em quantidades muito baixas em alguns casos. 2. Essa atividade pode ser realizada de várias maneiras. Uma opção é dividir a turma em grupos, cada um responsável por pesquisar um cientista específico e apresentar o resultado da pesquisa para o restante da turma, utilizando slides, vídeos, imagens, entre outros recursos. Outra abordagem é solicitar aos estudantes que escrevam textos curtos, de uma página, sobre a vida e a obra de cada cientista. Em ambos os casos, é interessante que eles relacionem o trabalho dos cientistas ao contexto histórico em que viveram, já que esse cenário foi fundamental para o desenvolvimento das teorias. Uma extensão interessante dessa atividade é incentivar os estudantes a pesquisarem cientistas brasileiros atuais. Eles podem buscar informações em sites de institutos de pesquisa das universidades públicas do país. Com relação a cientistas que contribuíram para o desenvolvimento da Química Orgânica, eles podem pesquisar: Marcellin Berthelot (1827-1907): sintetizou diversas substâncias orgânicas, muitas a partir de reagentes inorgânicos, contribuindo para a refutação da teoria da força vital. Emil Hermann Fischer (1582-1919): foi um pioneiro da síntese orgânica, desenvolvendo rotas de síntese que ainda hoje são usadas, muitas das quais levam seu nome. Alfred Bernhard Nobel (1833-1896): foi um inventor, mas mais conhecido pelo prêmio que fundou. Entre suas criações estão os explosivos, especialmente a dinamite, que é uma substância orgânica. Louis Pasteur (1822-1895): químico que trabalhou intensamente nas áreas da Medicina e da Biologia. É famoso por ter desenvolvido a técnica de pasteurização, além de ser um dos precursores da vacinação. Emil Erlenmeyer (1825-1909): além de ser o inventor do frasco que leva seu nome, estudou a estrutura de várias substâncias orgânicas. Uma de suas descobertas foi a tautomeria entre cetonas, aldeídos e enóis.

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que só tem átomos de carbono e hidrogênio, considerando que cada linha representa a união entre dois átomos de carbono e cada vértice ou extremidade, um átomo dessa união. 4. O objetivo dessa questão é fazer os estudantes se familiarizarem com a representação de cadeias carbônicas e introduzir tópicos que serão trabalhados nos Temas posteriores. Por exemplo, as estruturas podem ser lineares ou cíclicas, ramificadas ou simples; podem ter apenas ligações simples ou ligações duplas entre carbonos; entre outras possibilidades. 5. Os estudantes devem indicar que, por meio da fórmula molecular, é possível identificar a quantidade de átomos de cada elemento químico na molécula, mas não é possível identificar características da estrutura da molécula, por exemplo.

Tema 26 • Os hidrocarbonetos Reflita 1. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes verifiquem que

há muitos tipos de hidrocarboneto no cotidiano. Alguns exemplos que podem ser citados são o gás de cozinha (constituído de uma mistura de propano e butano, hidrocarbonetos de três e de quatro átomos de carbonos), a gasolina (mistura de alcanos com cadeias de 6 a 11 átomos de carbonos) e a parafina da vela (moléculas com cadeias contendo dez ou mais átomos de carbono). 2. Resposta pessoal. O objetivo deste questionamento não é apontar erros ou acertos por parte dos estudantes, mas fazê-los refletir sobre essa prática com base no que estudaram até o momento. A prática citada permite que as frutas amadureçam mais rapidamente em razão da presença de eteno, produzido por algumas delas. Ao embrulhá-las, o eteno não se dissipa no ambiente e contribui para acelerar o amadurecimento. 3. Resposta pessoal. O objetivo deste questionamento não é apontar erros ou acertos por parte dos estudantes, mas fazê-los refletir sobre o funcionamento de uma solda. A solda a gás é utilizada para fundir metais. Para isso, produz uma chama a altas temperaturas, gerada da combustão de uma mistura de gases, geralmente oxigênio e acetileno, um alcino. 4. O objetivo deste questionamento não é apontar erros ou acertos por parte dos estudantes, mas fazê-los refletir sobre a origem da borracha natural. A borracha natural é obtida do látex, que é extraído do tronco da seringueira (Hevea brasiliensis), árvore nativa da Floresta Amazônica. Trata-se de um líquido branco de aspecto leitoso, que contém o composto metilbuta-1,3-dieno, também conhecido como isopreno, do qual se produz a borracha natural. 5. O objetivo deste questionamento não é apontar erros ou acertos por parte dos estudantes, mas fazê-los refletir sobre possíveis diferenças entre uma cadeia aberta e uma fechada, com base no que estudaram até o momento. Eles podem indicar que, na molécula de cadeia aberta, a cadeia carbônica possui duas extremidades livres, enquanto na de cadeia fechada não há extremidades livres, formando um ciclo fechado. 6. O objetivo deste questionamento não é apontar erros ou acertos por parte dos estudantes, mas fazê-los refletir sobre a questão. A História é repleta de casos de substâncias aparentemente inofensivas que, posteriormente, foram identificadas como tóxicas para o ser humano. Por exemplo, o benzeno, que era usado em loção pós-barba; o óxido de chumbo, pó branco utilizado nas cortes europeias; o DDT, usado para combater a malária; o mercúrio, que era utilizado em termômetros etc.

Atividades 1. a) 2,3-dimetilpentano. b) Heptano. c) 2,4-dimetilpentano. 2. a) Ciclopentano. b) Metilciclobutano. c) Ciclo-hexano. d) Ciclo-heptano. e) Metilciclo-hexano.

3. Os estudantes podem indicar, entre outras possibilidades, os seguintes alcanos: metano (CH4), etano (C2H6), propano (C3H8), butano (C4H10), pentano (C5H12), que são utilizados como combustíveis.

4. Os estudantes devem indicar que a presença de ligações simples,

duplas e triplas entre os átomos de carbono é o que diferencia a estrutura molecular dessas substâncias. O etano é um gás incolor e inodoro. Apesar de pouco reativo, pode sofrer combustão. O eteno apresenta uma reatividade maior. É inflamável e incolor. O etino é altamente inflamável e incolor. 5. Os alcinos têm uma ligação tripla entre carbonos, o que resulta em uma estrutura com alta densidade eletrônica e grande quantidade de energia acumulada. Essa configuração os torna altamente reativos, pois a ligação tripla tende a quebrar mais facilmente em reações químicas, liberando essa energia. A característica inflamável também decorre dessa alta energia, que facilita a combustão dessas substâncias quando entram em contato com uma fonte de calor ou faísca. Além disso, os alcinos são compostos apolares, uma vez que suas ligações são formadas entre átomos de carbono e hidrogênio, cuja diferença de eletronegatividade é pequena. Isso explica a sua insolubilidade em água, que é uma substância polar.

Tema 27 • Grupos funcionais, funções nitrogenadas e haletos orgânicos Reflita 1. Neste momento, a proposta é levantar os conhecimentos prévios

dos estudantes e incentivar a capacidade deles de elaborar hipóteses. Pode-se auxiliá-los nesse processo recordando que as propriedades das substâncias decorrem das interações entre as moléculas. Nesse sentido, espera-se que consigam relacionar a presença de átomos diferentes às mudanças na maneira como as moléculas interagem, em razão das características específicas de cada elemento químico. 2. Resposta pessoal. O objetivo deste questionamento não é apontar erros ou acertos por parte dos estudantes, mas fazê-los refletir sobre a que substância esse odor estaria relacionado. Esse cheiro está relacionado à presença de duas substâncias nitrogenadas, a cadaverina e a putrescina, produtos da decomposição de proteínas por bactérias. 3. O objetivo deste questionamento não é apontar erros ou acertos por parte dos estudantes, mas explorar seus conhecimentos prévios e fazê-los levantar hipóteses livremente. Os clorofluorcarbonetos são haletos orgânicos derivados de hidrocarbonetos cujos átomos de hidrogênio foram substituídos por átomos de cloro e de flúor. São substâncias voláteis que foram muito utilizadas como líquidos refrigerantes entre os anos de 1930 e 1970. Porém, percebeu-se que, por causa de sua baixa reatividade, essas substâncias passaram a se acumular na atmosfera e foram responsáveis pelo efeito conhecido como buraco na camada de ozônio. Atualmente, seu uso é controlado em razão dos efeitos danosos ao ambiente.

Atividades 1. As aminas e as amidas são substâncias nitrogenadas. As aminas

apresentam um átomo de nitrogênio ligado a uma, duas ou três cadeias carbônicas, já as amidas apresentam um átomo de nitrogênio ligado a uma carbonila; esse nitrogênio pode estar ligado a outras cadeias carbônicas ou não. 2. Nesta atividade de pesquisa, os estudantes têm oportunidade de conhecer as diversas aplicações desse grupo de antibióticos. Espera-se que eles percebam alguns aspectos, por exemplo, a estrutura geral é a mesma para todos os tipos; os grupos ligados a essa estrutura geral variam; e esses grupos são responsáveis por conferir os diferentes tipos de ação antibiótica. O

3. H2N

NH2

ORACICART

3. É a forma mais simples de se representar uma cadeia carbônica

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4. Resposta pessoal. O objetivo desta atividade não é apontar

erros ou acertos por parte dos estudantes, mas familiarizá-los com as estruturas das moléculas dessas funções orgânicas. É uma oportunidade para apresentarem dúvidas que podem ser trabalhadas em sala de aula. 5. Os principais CFCs são indicados pelas siglas CFC-11, CFC-12, CFC-114 e CFC-115, cujas moléculas são representadas a seguir. F C

ORACICART

Cl Cl

Cl CFC-11 (CCl3F) Cl

C F

F C

CFC-12 (CCl2F2)

Cl CFC-114 (C2Cl2F4)

CFC-115 (C2ClF5)

As moléculas de CFC têm em comum a presença de átomos de carbono ligados a átomos de halogênio, sendo esses halogênios flúor e cloro. São substâncias derivadas dos hidrocarbonetos (metano e etano), nos quais os átomos de hidrogênio foram substituídos pelos halogênios.

Tema 28 • Funções oxigenadas Reflita 1. O átomo de oxigênio é bastante eletronegativo. Dessa forma,

a presença desse elemento químico pode tornar as moléculas polares. O átomo de oxigênio atrai, com muita intensidade, os elétrons das ligações químicas, causando uma diferença na densidade de carga. Assim, o oxigênio adquire densidade negativa de carga, e o outro elemento químico ao qual ele está ligado, por exemplo, o carbono e o hidrogênio, adquire densidade positiva, formando um dipolo. No entanto, é importante lembrar que a polaridade de uma molécula depende de sua geometria.

Formação cidadã 1. Resposta pessoal. No Brasil, a principal legislação que regu-

lamenta o uso de detergentes biodegradáveis é a lei no 6.938, de 31 de agosto de 1981, que institui a Política Nacional do Meio Ambiente. Essa lei estabelece diretrizes para o controle da poluição e para a preservação da qualidade ambiental. Além disso, a resolução do Conama no 359, de 29 de abril de 2005, é específica quanto aos produtos de limpeza, impondo limites ao uso de substâncias que possam dificultar sua degradação, como fosfatos e tensoativos com cadeias ramificadas. A Lei de Resíduos Sólidos (lei no 12.305, de 2 de agosto de 2010) também aborda a responsabilidade das empresas quanto ao descarte de seus produtos e de suas embalagens, incentivando práticas sustentáveis. Essas normas são importantes para mitigar os danos ambientais causados por produtos não biodegradáveis. No entanto, apesar de essas medidas serem um passo importante, os estudantes podem indicar que elas ainda não são completamente suficientes para eliminar os problemas ambientais relacionados aos sabões e detergentes. A fiscalização do cumprimento das leis nem sempre é eficiente, e a conscientização pública sobre os problemas causados ao ambiente por esses produtos ainda é limitada. Além disso, o descarte inadequado e o uso excessivo de produtos de limpeza continuam a ser grandes desafios, indicando a necessidade de maior rigor na aplicação das leis, na ampliação de campanhas educativas e nos incentivos ao desenvolvimento de alternativas ainda mais sustentáveis.

2. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes mencionem que algumas empresas apresentam essas informações no rótulo do produto. Caso essa informação não seja apresentada, será preciso localizar se no rótulo constam as palavras linear e tensoativo biodegradável. Orientá-los a utilizar fontes confiáveis na pesquisa, como sites de agências reguladoras (por exemplo, Anvisa), institutos ambientais e fabricantes de produtos que detalham as composições químicas e a biodegradabilidade. Explicar também como verificar a presença de selos ambientais, como o Rótulo Ecológico ABNT ou as certificações específicas que atestam a biodegradabilidade. Encorajá-los a aplicar os conhecimentos adquiridos nas aulas de Química, como a estrutura das moléculas (cadeias carbônicas lineares e ramificadas), e a entender como isso influencia a biodegradabilidade dos detergentes. Incentivá-los a apresentar suas descobertas de maneira criativa, usando textos curtos, imagens ou vídeos. Eles devem incluir uma explicação química simples sobre por que os detergentes são biodegradáveis e como identificar esse dado no rótulo. Pode-se dar exemplos de campanhas de conscientização para inspirá-los. Após a entrega dos trabalhos, reservar um tempo para que os estudantes apresentem suas criações. Promover uma reflexão sobre como a escolha de produtos biodegradáveis pode impactar o ambiente e sobre a responsabilidade de conscientizar outras pessoas a esse respeito.

Atividades 1. Os estudantes devem indicar que a adição de etanol a

outros combustíveis, como a gasolina, traz várias vantagens. Primeiramente, o etanol é uma fonte de energia renovável, produzido a partir de biomassa, o que ajuda a reduzir a dependência de combustíveis fósseis. Além disso, a queima do etanol gera menos emissões de gases poluentes, como o monóxido de carbono, contribuindo para a redução da poluição do ar e das emissões de gases de efeito estufa. Outra vantagem é o aumento da octanagem dos combustíveis, o que melhora o desempenho dos motores e a eficiência energética. 2. Resposta pessoal. Esta questão possibilita que os estudantes discutam a qualidade das informações disponíveis na internet, principalmente sobre o BPA. Muitos sites e muitas fontes populares descrevem o BPA como altamente tóxico. Embora ele possa apresentar riscos à saúde, pesquisas científicas indicam que o perigo está relacionado principalmente à exposição em grandes quantidades, o que não ocorre nos produtos plásticos regulamentados, como as mamadeiras da época. A Anvisa proibiu o uso de BPA em mamadeiras no Brasil por precaução, apesar de as pesquisas concluírem que as quantidades encontradas em plásticos não representam perigo significativo para as crianças. Nos Estados Unidos, a Food and Drug Administration (FDA), espécie de Anvisa estadunidense, considera o BPA seguro nas quantidades utilizadas em produtos plásticos. Assim, a atividade permite uma discussão sobre como encontrar fontes confiáveis na internet, já que muitas informações populares não citam estudos científicos rigorosos. Vale usar esta oportunidade para ensinar os estudantes a distinguir entre informações confiáveis e exageradas. 3. Resposta pessoal. Os estudantes devem produzir uma apresentação criativa e informativa sobre os perigos do formol, usando os argumentos mencionados na questão anterior. Independentemente do formato escolhido (texto, vídeo, quadrinhos etc.), eles devem organizar as informações de maneira clara e acessível, destacando os seguintes aspectos. • Os riscos à saúde humana, como a irritação das vias respiratórias e o risco de câncer. • Os perigos associados à exposição prolongada, especialmente para profissionais de salão de beleza. • A proibição pela Anvisa como uma medida preventiva importante para a segurança dos consumidores e trabalhadores da área estética. A produção pode ser adaptada à realidade deles, utilizando ferramentas e formatos com os quais eles tenham maior familiaridade.

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4. Os estudantes podem indicar que o desenvolvimento de novas

formas de síntese de ésteres é importante para a indústria de alimentos e cosméticos porque permite a criação de compostos com aromas e sabores específicos, que são amplamente utilizados como aromatizantes e fragrâncias. Além disso, essas novas sínteses podem otimizar processos produtivos, tornando-os mais eficientes e sustentáveis, com menor geração de resíduos e uso de condições mais brandas de temperatura e pressão. Isso também pode contribuir para a produção de ésteres mais puros e seguros, atendendo a regulamentações ambientais e de saúde cada vez mais rigorosas. 5. O decanal pertence à função dos aldeídos, caracterizada pela presença do grupo funcional - CHO. Outras substâncias amplamente utilizadas na fabricação de perfumes incluem o linalol (C10H18O), que é um álcool terpênico, e o geraniol (C10H18O), outro álcool com odor floral, ambos muito empregados na criação de fragrâncias florais e cítricas.

Tema 29 • Isomeria Reflita 1. Resposta pessoal. O objetivo deste questionamento não é

apontar erros ou acertos por parte dos estudantes, mas fazê-los levantar hipóteses a respeito de isômeros e de como diferenciá-los. Dar exemplos que ajudem nessa reflexão. Pode-se representar as estruturas das moléculas de alguns isômeros e analisá-las com eles, incentivando-os a apontar as diferenças. 2. Resposta pessoal. O objetivo deste questionamento não é apontar erros ou acertos por parte dos estudantes, mas fazê-los refletir sobre os conceitos de simetria e assimetria. Incentivá-los a definir esses conceitos com as próprias palavras. Se possível, trazer alguns objetos simétricos e assimétricos para a análise da turma.

Formação cidadã 1. Resposta pessoal. As gorduras saturadas são encontradas principalmente em alimentos de origem animal, como carne vermelha, manteiga, creme de leite, queijo e óleo de coco. As gorduras insaturadas trans são mais comuns em alimentos industrializados que passaram por processos de hidrogenação, como margarina, biscoito, salgadinho e alguns tipos de fast food. As gorduras insaturadas cis, mais saudáveis, estão presentes em alimentos de origem vegetal, como azeite de oliva, abacate, castanha, noz e óleo vegetal, mas podem ser encontradas também em peixes. 2. Resposta pessoal. O termo alimento orgânico está relacionado aos alimentos cultivados de maneira específica. Pela legislação brasileira, considera-se produto orgânico, seja ele in natura, seja processado, aquele que é obtido de um sistema orgânico de produção agropecuária ou oriundo de processo extrativista sustentável e não prejudicial ao ecossistema local. Ou, no caso dos alimentos de origem animal, livres de hormônios de crescimento, anabolizantes e outras drogas. 3. Os alimentos orgânicos podem ser identificados por um selo de certificação e por informações no rótulo da embalagem. 4. Resposta pessoal. Incentivar os estudantes a trocar informações sobre os locais que vendem alimentos orgânicos, como endereço, variedade e preço médio.

Atividades 1. Resposta pessoal. Os enantiômeros, também chamados de isômeros ópticos, são formas diferentes de uma mesma substância que se distinguem pela orientação espacial dos átomos, sendo uma a imagem especular da outra. Um exemplo bastante conhecido é a talidomida, uma substância com dois enantiômeros e propriedades farmacológicas distintas. Enquanto um dos enantiômeros tem efeito sedativo, o outro, que é contraindicado para gestantes, pode causar graves malformações fetais. Para mais detalhes sobre esse tema, consultar o artigo “Fármacos e quiralidade”, de Fernando A. S. Coelho, disponível em: http://qnesc.sbq.org.br/online/cadernos/03/quiral.pdf (acesso em: 28 out. 2024).

2. a) Efeitos teratogênicos são aqueles que causam malformações

ou defeitos no desenvolvimento do embrião ou feto durante a gestação. O conhecimento sobre isomeria óptica poderia ter permitido a separação dos dois isômeros da talidomida. Isso evitaria que a forma (S), responsável pelos efeitos teratogênicos, fosse administrada, reduzindo o risco de malformações fetais. b) A isomeria presente é a isomeria óptica, mais especificamente o fenômeno dos enantiômeros, nos quais os dois isômeros da talidomida são imagens especulares não sobreponíveis, o que explica suas propriedades biológicas distintas. 3. a) O (+)-ácido lático (dextrogiro) desvia o feixe de luz polarizada para a direita, enquanto o (_)-ácido lático (levogiro) desvia o feixe de luz para a esquerda. Essa é uma característica típica de isômeros ópticos. b) O ácido lático é produzido no organismo como um subproduto do metabolismo anaeróbico, que ocorre quando os músculos precisam de mais energia do que o oxigênio disponível pode fornecer. Durante atividades físicas intensas, o corpo utiliza vias metabólicas que não dependem de oxigênio, o que resulta na produção de ácido lático.

Tema 30 • Polímeros Reflita 1. Resposta pessoal. O objetivo deste questionamento não é

apontar erros ou acertos por parte dos estudantes, mas fazê-los levantar hipóteses a respeito desta questão. Tecnicamente, não existe um limite exato e universal para o tamanho máximo que uma molécula pode ter. As moléculas podem variar desde estruturas simples, como o hidrogênio (H2), até cadeias extremamente complexas e longas, como as dos polímeros. O tamanho de uma molécula é limitado, em grande parte, pela estabilidade das ligações químicas que a compõem. Muitas macromoléculas biológicas, como o DNA, são exemplos de estruturas enormes, com milhões de átomos. O DNA humano, por exemplo, pode ter comprimento de até 2 metros quando totalmente esticado, embora esteja compactado em pequenas células. Nos polímeros sintéticos, cadeias muito longas podem ser formadas, mas alguns fatores, como solubilidade, manuseio e degradação, limitam o comprimento real dessas moléculas. Assim, enquanto as moléculas podem teoricamente ser imensas, na prática, há limites impostos por propriedades químicas e físicas. 2. Resposta pessoal. O objetivo deste questionamento não é apontar erros ou acertos por parte dos estudantes, mas fazê-los refletir livremente a respeito desta questão. Uma maneira de utilizar os plásticos de forma responsável e minimizar os danos ambientais é adotar práticas de consumo consciente e descarte adequado. Isso inclui preferir plásticos biodegradáveis ou recicláveis sempre que possível, reduzir o uso de plásticos descartáveis e optar por reutilizar produtos plásticos em vez de descartá-los após um único uso. Além disso, é importante separar corretamente os resíduos para reciclagem e apoiar políticas públicas que incentivem a reciclagem e o desenvolvimento de materiais mais sustentáveis. A educação ambiental também é fundamental para conscientizar as pessoas sobre os danos que o plástico pode causar ao ambiente e promover atitudes mais responsáveis em relação ao seu uso. 3. Resposta pessoal. O objetivo deste questionamento não é apontar erros ou acertos por parte dos estudantes, mas fazê-los refletir a respeito desta questão. É uma oportunidade também para verificar se eles conhecem o conceito de polimerização. Mencionar que o crescimento das plantas está relacionado, sim, a processos de polimerização. Um exemplo disso é a formação de ligninas, polímeros complexos que conferem rigidez às paredes celulares das plantas. Essas ligninas são compostas de unidades monoméricas que se ligam formando uma estrutura polimérica, essencial para o crescimento e a sustentação das plantas.

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2. Resposta pessoal. Entre as fontes que podem ser consultadas,

sugerem-se os seguintes textos e reportagens: “Pesquisadores da UnB criam luva cirúrgica hipoalergênica”, disponível em: https://noticias.unb.br/117-pesquisa/7041-pesquisadores -da-unb-criam-luva-cirurgica-hipoalergenica; “’O seringueiro é o melhor guarda florestal’: o novo ciclo de borracha nativa que está ajudando a preservar a Amazônia”, disponível em: https:// www.bbc.com/portuguese/articles/c25qlrk5vgqo; e “UnB cria método para produção de látex hipoalergênico”, disponível em: https://agenciabrasil.ebc.com.br/saude/noticia/2018-06/ unb-cria-metodo-para-producao-de-materiais-de-latex-hipo lalergenico (acessos em: 28 out. 2024).

3. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes, primeira-

mente, investiguem o período histórico conhecido como ciclo da borracha, ocorrido na Amazônia entre o final do século XIX e início do século XX, entendendo seu impacto econômico, social e ambiental na região; e reconheçam elementos-chave desse período, como a explosão econômica decorrente da alta demanda de borracha no mercado internacional, as transformações sociais, incluindo o aumento da população urbana e as mudanças nas relações de trabalho e os impactos ambientais, como o desmatamento e a exploração intensiva dos recursos naturais. Em seguida, eles devem elaborar uma narrativa curta que incorpore os aspectos pesquisados, utilizando elementos como: personagens, que podem ser seringueiros, comerciantes, indígenas ou outros habitantes da região; ambiente (a narrativa deve situar-se na Amazônia, descrevendo cenários como florestas, rios, vilas ou cidades em crescimento); enredo (deve haver uma sequência de eventos que reflita a realidade da época, podendo abordar temas como a migração para áreas de extração de borracha, conflitos territoriais ou a adaptação às mudanças econômicas). Para que os estudantes possam entender melhor o ciclo da borracha na Amazônia, exibir, se possível, o vídeo “Viagens pela Amazônia: Borracha, Apogeu e Queda da Borracha”, disponível em: https://www. youtube.com/watch?app=desktop&v=5IzgrCIflZA e solicitar que leiam o artigo “Como árvore escondida na Amazônia levou Manaus e Belém ao auge - e à decadência”, disponível em: https://www.bbc.com/portuguese/articles/cmmeremj267o (acessos em: 28 out. 2024).

Atividades 1. (1) Polímeros. (2) Biopolímeros. (3) Copolímeros. 2. Resposta pessoal. Alguns objetos de uso comum, como bor-

rachas, réguas, tecidos de mochilas, canetas, entre outros, são feitos de polímeros. Ao realizar os testes de deformação, os estudantes podem perceber que alguns desses materiais apresentam alta elasticidade, como as borrachas, que retornam à sua forma original após serem esticadas. Outros, como as réguas de plástico, têm baixa elasticidade, sendo mais rígidos e podendo se quebrar em vez de se deformar. Esses testes

3. O polímero ABS é composto dos monômeros butadieno, acrilo-

nitrila e estireno. Os nomes sistemáticos de acordo com a IUPAC são: butadieno: buta-1,3-dieno; acrilonitrila: prop-2-enonitrila; e estireno: etenilbenzeno.

4. a) Espera-se que os estudantes argumentem que o PLA é produ-

zido de fontes vegetais renováveis e é biodegradável (degrada de seis meses a dois anos), o que não ocorre com o ABS, que pode levar mais de 1 000 anos para se degradar. b) Com base na fórmula molecular do monômero apresentada, chega-se a seguinte representação: O

EDITORIA DE ARTE

Chico Mendes ganhou destaque internacional por sua luta em defesa da Amazônia e das comunidades que dela dependem. Seu trabalho não foi apenas local, mas representou uma alternativa sustentável ao desmatamento. Ao promover o extrativismo do látex, ele demonstrou que era possível preservar a floresta e, ao mesmo tempo, gerar renda para os povos da região. Seu ativismo mostrou ao mundo que o uso consciente dos recursos naturais da Amazônia é uma solução viável para a preservação ambiental em escala global, o que fez de sua causa um símbolo de resistência e sustentabilidade.

demonstram a variedade de propriedades mecânicas que os polímeros podem ter.

Formação cidadã 1. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes indiquem que

5. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes indiquem que

os polímeros são fundamentais para o desenvolvimento dos transportes, da área médica e da indústria. No setor de transportes, eles são usados na fabricação de materiais leves e resistentes, como componentes de automóveis e aeronaves, melhorando a eficiência e reduzindo o consumo de combustível. Na área médica, polímeros como o PVC, o silicone e o polietileno são usados em dispositivos médicos, próteses e embalagens de medicamentos, garantindo biocompatibilidade e segurança. Na indústria, polímeros são amplamente empregados na produção de plásticos, tecidos sintéticos e embalagens, contribuindo para o avanço tecnológico e a inovação em diversos produtos do cotidiano.

Atividades complementares 1. Alternativa E. O composto indicado é orgânico, em razão da presença de carbonos e hidrogênios, formado, assim, por 5 elementos químicos: carbono (C), hidrogênio (H), oxigênio (O), nitrogênio (N) e enxofre (S).

2. Alternativa E. O cátion a qual o texto se refere é classificado como organometálico, pois apresenta um radical orgânico, metil - Me, ligado a um metal, mercúrio - Hg.

3. Alternativa A. Os hidrocarbonetos são substâncias químicas

formadas por átomos dos elementos químicos hidrogênio e carbono. Os carocinhos são os átomos desses elementos que se ligam.

4. Alternativa D. Consultando a tabela periódica, encontra-se que a massa do carbono é 12u e a do hidrogênio é 1u. Assim, pode-se acrescentar esse valor de massa do carbono e do hidrogênio na fórmula. Cn + H2n + 2 12n + 1 ? (2n + 2) 12n + 2n + 2 14n + 2

5. Alternativa E. Observa-se que a cadeia principal se inicia na

dupla ligação, é formada por sete carbonos e existe um grupo etil ligado ao carbono três.

6. Alternativa A. É possível identificar a presença de uma amina terciária (nitrogênio - N).

7. Alternativa A. A molécula em questão deverá ser poli-insaturada, ou seja, apresentar pelo menos duas ligações duplas e um grupo hidroxila no carbono terminal (OH).

8. Alternativa C. Analisando a fórmula da substância apresentada, trata-se de um ácido carboxílico (a estrutura apresenta um grupo - COOH).

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9. Alternativa B.

2. A Química Orgânica contribui significativamente para o tratamento

CH3 CH

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H3C

CH3

l k

CH3

Éster

10. Alternativa B. Retomando as informações do item: cadeia car-

bônica insaturada, ou seja, apresenta ligações duplas ou triplas; heterogênea, portanto, o carbono se liga a átomos diferentes do carbono e do hidrogênio na cadeia; e, ramificada, ou seja, o carbono tem quatro ligantes diferentes. 11. Alternativa C. A fórmula química do ácido butanoico é C4H8O2. As estruturas possíveis para essa substância estão representadas a seguir. CH2

H3C

CH2

H3C

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H3C

CH2

Propanoato de metila

Ácido 2-metil-propanoico

l Ck

CH3

H3C

CH2

Etanoato de etila

CH3

l Ck

CH2

Metanoato de propila

Unidade 6 • A Química e a sociedade Abertura

CH CH3

Ácido butanoico

de efluentes, especialmente mediante técnicas como a fotocatálise, que utiliza catalisadores para acelerar reações de decomposição de poluentes orgânicos presentes na água. No caso da fotocatálise, o dióxido de titânio (TiO2) é ativado pela luz solar, permitindo a quebra de compostos orgânicos nocivos e tornando a água mais limpa. O uso dessas técnicas ajuda a evitar a contaminação de corpos de água, como rios e lagos, preservando os recursos hídricos e minimizando os impactos ambientais que ocorrem quando efluentes são despejados sem tratamento adequado. 3. O reconhecimento de padrões pode ser aplicado no tratamento de efluentes com fotocatálise por meio da identificação de padrões repetitivos na composição dos poluentes e na eficiência da remoção de diferentes compostos orgânicos. Por exemplo, ao analisar dados de diferentes amostras de efluentes, é possível reconhecer quais poluentes ocorrem com maior frequência e como eles respondem aos catalisadores. Isso permite ajustar o processo de tratamento de forma mais eficiente, otimizando o uso de catalisadores e luz solar. Dessa forma, o reconhecimento de padrões ajuda a criar modelos preditivos que melhoram a eficácia do tratamento de efluentes e reduzem os custos operacionais.

CH3

12. Alternativa C. Um carbono é quiral quando está ligado a quatro

grupos diferentes. Assim, apenas as moléculas das alternativas C e D apresentam carbono quiral. Para avaliar a solubilidade, é preciso analisar a cadeia carbônica. Quanto maior ela for, menor será a polaridade da molécula. Assim, o butan-2-ol deve ser mais solúvel em água, um solvente polar. 13. Alternativa D. A molécula é ramificada, pois tem uma parte ligada a um benzeno. É insaturada, pois apresenta ligações duplas. É homogênea, sem a presença de elementos diferentes entre dois carbonos. É aromática, pois apresenta um grupo benzeno.

Integrando com… 1. Resposta pessoal. A pesquisa pode identificar diversos tipos

de efluentes, como os industriais, resultantes de processos de fabricação, e os agrícolas, provenientes de atividades de irrigação, uso de fertilizantes e pesticidas. Um método identificado pode ser a Desinfecção Solar da Água (Sodis), que utiliza a radiação solar para eliminar patógenos. Outro exemplo é o uso de sistemas de tratamento que combinam luz solar, plantas, solo e microrganismos para remover nutrientes e poluentes orgânicos do esgoto.

1. Resposta pessoal. O objetivo não é apontar erros ou acertos dos

estudantes, mas incentivá-los a refletir sobre o funcionamento de um motor a combustão. No motor a combustão, o principal tipo de reação é a combustão de combustíveis, como a gasolina, o etanol ou o diesel. Quando o combustível é misturado com o gás oxigênio e queimado, ele libera energia na forma de calor e gases, que se expandem e empurram os pistões do motor. O movimento dos pistões é convertido em energia mecânica, fazendo o carro se mover. É o calor da reação que gera a força do movimento. 2. Resposta pessoal. O objetivo não é apontar erros ou acertos dos estudantes, mas incentivá-los a refletir sobre o funcionamento de um motor elétrico. Nos motores elétricos, não ocorrem reações químicas no motor em si. A energia vem de uma bateria, na qual acontecem reações de oxidação e redução que liberam energia elétrica. Essa eletricidade alimenta o motor, criando um campo magnético que faz as partes internas girarem, as quais, por sua vez, move o carro.

Tema 31 • Funções inorgânicas Reflita 1. Resposta pessoal. O objetivo não é apontar erros ou acertos dos

estudantes, mas incentivá-los a refletir sobre a função inorgânica óxido. Essas transformações estão relacionadas com a reação do gás oxigênio com outros elementos. No caso da ferrugem, o ferro reage com o gás oxigênio do ar, formando óxido de ferro. Já no escurecimento da maçã, substâncias presentes na fruta reagem com o gás oxigênio, gerando óxidos e resultando na mudança de cor. Assim, os óxidos são o resultado da combinação de gás oxigênio com diferentes elementos. 2. Resposta pessoal. Os estudantes podem citar o carbonato de sódio (Na2CO3, usado na fabricação de sabão), o bicarbonato de sódio (NaHCO3, usado em fermento para pães), os nitratos de potássio e de sódio (KNO3 e NaNO3, usados em conservantes para embutidos de carne), entre outros. 3. Respostas pessoais. Alguns ácidos mais conhecidos são o ácido clorídrico (também chamado de ácido muriático, usado em limpeza pesada), o ácido sulfúrico (presente em baterias de automóveis), o ácido acético (encontrado no vinagre) e o ácido cítrico (comum em frutas e utilizado em medicamentos e alimentos). O manuseio de ácidos fortes, como o clorídrico e o sulfúrico, requer cuidado especial em razão de seu alto poder corrosivo, sendo importante evitar o

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contato com a pele e a inalação de seus vapores. Já ácidos mais fracos, como o acético e o cítrico, são seguros em baixas concentrações, mas ainda assim devem ser utilizados de acordo com as recomendações de segurança. 4. Resposta pessoal. Ao consultar os rótulos dos produtos de limpeza, espera-se que os estudantes encontrem substâncias como hidróxido de sódio (NaOH). O hidróxido de sódio é uma base forte, também conhecido como soda cáustica, amplamente utilizado em produtos de limpeza em razão de seu poder de dissolver gorduras e resíduos orgânicos. No entanto, é uma substância corrosiva, e seu manuseio requer cuidados, como o uso de luvas e a proteção dos olhos, para evitar queimaduras e lesões graves. Para obter mais informações sobre o hidróxido de sódio, consulte sites de órgãos de saúde e segurança, como o portal da Agência Nacional de Vigilância Sanitária (Anvisa), disponível em: https://www.gov.br/anvisa/pt-br (acesso em: 7 out. 2024). 5. Respostas pessoais. Espera-se que os estudantes indiquem que os hidretos metálicos são compostos formados quando certos metais reagem com hidrogênio. Esses compostos têm várias aplicações, sendo uma das mais importantes o armazenamento de hidrogênio para uso em tecnologias de energia limpa, como as células de combustível.

Formação cidadã 1. Resposta pessoal. Existem muitas notícias falsas circulando sobre

temas científicos e relacionadas à saúde, como a eficácia de determinados tratamentos, curas milagrosas e interpretações errôneas de estudos. Para verificar a veracidade dessas informações, é importante consultar fontes confiáveis, como artigos científicos publicados em revistas revisadas por pares ou portais de órgãos oficiais de saúde, como a Organização Mundial da Saúde (OMS) ou o Ministério da Saúde. Além disso, sites que se dedicam a desmentir fake news, como o portal #Brasil contra fake, disponível em: https://www.gov.br/secom/pt-br/fatos/brasil-contra-fake (acesso em: 27 out. 2024), podem ser usados para checar a autenticidade das informações. Outra abordagem eficaz é analisar o conteúdo com senso crítico, observando se ele apresenta referências confiáveis, autores qualificados e se está alinhado com o consenso científico. 2. Respostas pessoais. A disseminação de notícias falsas pode ter impactos significativos, tanto em questões científicas quanto sociais. Por exemplo, durante a pandemia de covid-19, a circulação de desinformações sobre vacinas gerou medo e desconfiança, levando parte da população a evitar a imunização, o que impactou negativamente os esforços de controle da doença. Outro exemplo são as fake news relacionadas às mudanças climáticas, que podem atrasar ou impedir a implementação de políticas ambientais necessárias. Combater esse problema envolve promover a educação científica e o pensamento crítico, além de incentivar o hábito de verificar a procedência das informações. Debates em sala de aula, atividades que ensinem a interpretar dados científicos e o uso de fontes confiáveis são ferramentas essenciais para minimizar os efeitos da desinformação. Para ter mais conhecimento sobre como combater notícias falsas, sugere-se a leitura do artigo “Notícias falsas na Ciência”, disponível em: https://cienciahoje.org.br/artigo/noticias-falsas-na-ciencia (acesso em: 27 out. 2024).

Atividades 1. Os nomes são, da direita para esquerda, na primeira linha:

cloreto de potássio, permanganato de prata, nitrato de cobre(II), perclorato de ferro(II); na segunda linha: brometo de sódio, sulfato de amônio, nitrito de cobre(II) e perclorato de ferro(III). 2. Ácidos: ácido clorídrico (HCl), ácido sulfúrico (H2SO4), ácido nítrico (HNO 3), ácido fosfórico (H 2PO 4). Bases: hidróxido de sódio (NaOH), hidróxido de potássio (KOH), hidróxido de amônio (NH4OH), hidróxido de cálcio (Ca(OH)2).

3. Os hidretos são, em sua maioria, iônicos, pois são formados

com metais. Os hidretos covalentes da lista são os elementos arsênio e boro, que são não metais com eletronegatividade um pouco menor do que a do hidrogênio. 4. Resposta pessoal. O sal de cozinha (cloreto de sódio, NaCl) é um dos exemplos mais comuns e provavelmente será o mais citado pelos estudantes. Ele é amplamente utilizado na alimentação para temperar e conservar alimentos. Outros exemplos de sais que podem ser encontrados nas residências incluem: bicarbonato de sódio (NaHCO3), usado tanto para fermentação de alimentos quanto para limpeza doméstica; e o sulfato de magnésio (MgSO4), utilizado como medicamento, principalmente no alívio de dores musculares e no tratamento de inflamações. 5. A principal função da vitamina C é fortalecer o sistema imunológico e atuar como antioxidante, protegendo as células contra radicais livres. Outros ácidos importantes para o corpo humano incluem: ácido clorídrico (HCl), presente no estômago, essencial para a digestão dos alimentos; e ácido lático (C3H6O3), produzido durante o metabolismo celular, particularmente durante a atividade física intensa, quando há falta de oxigênio nas células musculares. 6. Essas substâncias pertencem à função inorgânica das bases. Elas ajudam a neutralizar a acidez do estômago por meio de uma reação de neutralização ácido-base, na qual os íons hidroxila (OH_) dessas bases reagem com os íons de hidrogênio (H+) dos ácidos presentes no estômago, formando água e diminuindo a acidez. 7. Todas as substâncias citadas são classificadas como sais. Suas fórmulas moleculares são: cloreto de sódio (NaCl); sulfato de cálcio (CaSO4); sulfato de magnésio (MgSO4); cloreto de magnésio (MgCl2).

Tema 32 • Eletroquímica Reflita 1. Resposta pessoal. Não se espera que os estudantes forneçam

respostas certas ou erradas para esta questão. O objetivo é fazê-los levantar hipóteses livremente com base no que estudaram até o momento. O corpo humano e a eletricidade estão profundamente interligados, já que muitos processos vitais dependem de impulsos elétricos. O sistema nervoso, por exemplo, utiliza sinais elétricos para transmitir informações do cérebro para o restante do corpo, permitindo movimentos, sensações e até o funcionamento de órgãos. Além disso, a condução elétrica é fundamental para o ritmo cardíaco, pois as células do coração se contraem em resposta a impulsos elétricos. Assim, pode-se pensar no corpo humano como uma máquina bioelétrica, em que a eletricidade natural permite que todas as funções biológicas estejam sincronizadas e operem de forma eficiente. 2. Resposta pessoal. Não se espera que os estudantes forneçam respostas certas ou erradas para esta questão. O objetivo é fazê-los refletir sobre o termo oxidação. Os estudantes podem citar a corrosão e a degradação de materiais metálicos como exemplos de processos oxidativos. 3. Respostas pessoais. Não se espera que os estudantes forneçam respostas certas ou erradas para esta questão. O objetivo é fazê-los refletir livremente sobre o que estudaram até o momento, relacionando a oxirredução com o funcionamento das pilhas.

Formação cidadã 1. Resposta pessoal. É provável que os estudantes indiquem que,

muitas vezes, as pilhas e as baterias são descartadas com os resíduos sólidos comuns, o que não é o mais adequado. O correto seria levá-las a um ponto de coleta específico para serem recicladas ou descartadas de maneira segura, evitando danos ao ambiente.

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2. Respostas pessoais. Os estudantes podem indicar que encon-

traram locais de descarte e coleta em alguns supermercados, lojas de eletrônicos e centros de reciclagem. No entanto, esses locais nem sempre são amplamente divulgados ou acessíveis, o que pode dificultar o descarte correto. Expandir esses pontos de coleta e divulgar sua localização é essencial para facilitar esse processo. 3. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes indiquem que podem começar divulgando informações sobre o descarte correto de pilhas e baterias, além de incentivarem colegas e familiares a utilizar os pontos de coleta disponíveis. Eles também podem se mobilizar para solicitar a implantação de mais pontos de coleta na região, seja por meio de petições, seja comunicando-se com as autoridades locais para garantir que as leis ambientais sejam respeitadas. 4. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes concluam que o descarte inadequado de pilhas e baterias representa um grave risco ao ambiente. Esses dispositivos contêm metais pesados, como mercúrio, chumbo e cádmio, que podem contaminar o solo e os recursos hídricos. Quando são descartados com os resíduos sólidos comuns, essas substâncias tóxicas podem vazar e, ao longo do tempo, prejudicar tanto a saúde humana quanto os ecossistemas. A contaminação do solo pode afetar plantas e animais, e a poluição da água pode prejudicar a qualidade da água potável. Por isso, o descarte correto é fundamental para evitar esses danos.

Atividades 1. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes percebam que a

dependência de eletroeletrônicos é tão significativa atualmente que esse exercício de imaginação torna a atividade nada simples. Sem pilhas e baterias, só seria possível ter acesso à eletricidade utilizando tomadas ou geradores, o que limitaria a autonomia proporcionada por esses dispositivos e restringiria o desenvolvimento tecnológico e a criação de objetos, como computadores portáteis, lanternas e telefones celulares. 2. 2 Ag+(aq) + Zn(s) H 2 Ag(s) + Zn2+(aq) 3. Para o H2SO4, observa-se que o oxigênio é mais eletronegativo do que o enxofre, assim, o Nox de cada átomo de oxigênio será _2 e do hidrogênio será +1. Considerando que a soma algébrica do Nox de cada elemento é igual a zero, tem-se que o Nox do enxofre será +6. Assim: H = 1, S = 6, O = _2. Para o KMnO4, deve-se considerar o Nox do oxigênio _2 e do potássio +1, o que resulta no Nox do manganês +7 (+1 + + 7 _ 8 = 0). Assim: K = 1, Mn = 7, O = _2. Para o Na3PO4, considera-se o Nox do oxigênio _2 e do sódio +1, o que resulta no Nox +5 para o fósforo (+3 + 5 _ 8 = 0). Assim: Na = 1, P = 5, O = _2. Para o CaH2, como o hidrogênio está ligado a um metal, formando um hidreto metálico, o seu Nox é _1 e o Nox do cálcio é +2. Desse modo: Ca = 2, H = _1. Para o K2Cr2O7, o Nox do oxigênio é igual a _2, e do potássio, +1, o que resulta no Nox do crômio +6 (+2 + 12 _ 14 = 0). Assim K = 1, Cr = 6, O = _2.

4. Na equação, é preciso determinar a espécie química que vai oxidar e a que vai reduzir. Determinado o Nox para cada um dos elementos, verifica-se que o Nox do crômio varia de +6 a +3, ou seja, será a espécie química que vai reduzir. O Nox do estanho varia de +2 a +4, assim é a espécie química que vai oxidar. Desse modo, pode-se determinar a variação do número de oxidação: K2Cr2O7(aq) + SnCl2(aq) + HCl(aq) H KCl(aq) + CrCl3(aq) + SnCl4(aq) + H2O(l) +6 +2 +3 +4 Redução: DNox = 6 _ 3 = 3 Oxidação: DNox = 2 _ 4 = _2 Verifica-se que o coeficiente do SnCl2 será 3 e o do K2Cr2O7 será 2. No entanto, como há apenas um K nos produtos, divide-se esse coeficiente por 2. Em seguida, as espécies químicas do produto são balanceadas, atentando-se para sua presença nos reagentes. Dessa maneira, pode-se balancear a equação da maneira a seguir. K2Cr2O7(aq) + 3 SnCl2(aq) + 14 HCl(aq) H 2 KCl(aq) + 2 CrCl3(aq) + 3 SnCl4(aq) + 7 H2O(l)

5. As semirreações são: Ag+(aq) + e_ H Ag(s) E0 = +0,80 Al3+(aq) + 3 e_ H Al(s) E0 = _1,66 Como o potencial deve ser positivo para que o sistema seja uma pilha, inverte-se a reação do alumínio, chegando-se à reação a seguir. 3 Ag+(aq) + Al(s) H Ag(s) + Al3+(aq) E0 = 2,46

6. Resposta pessoal. A resolução pode ser encontrada na inter-

net. Ela define, de modo objetivo, várias medidas a serem seguidas, como os limites da quantidade de metais pesados em diferentes pilhas e baterias e a obrigação de fornecer informações nas embalagens sobre o descarte dos produtos. Vários tópicos de interesse podem ser discutidos, como a utilização de diversos termos estudados no Tema, essenciais para a interpretação da resolução. 7. Resposta pessoal. As pilhas comuns usadas em controles remotos e relógios são normalmente de 1,5 V, independentemente de o tamanho ser AA, AAA ou AAAA. Já as baterias encontradas em outros dispositivos, como controles de portão ou fones de ouvido sem fio, são de potência maior, de 9 V a 12 V. O potencial elétrico nem sempre está relacionado ao tamanho da pilha ou bateria – baterias de controles de portão,

de 12 V, são bem menores do que as pilhas comuns AA, de 1,5 V, por exemplo. Normalmente, as baterias são utilizadas em aparelhos que precisam emitir radiação, justificando a necessidade de potência mais alta.

Tema 33 • Eletroquímica: processos eletrolíticos Reflita 1. Resposta pessoal. O objetivo não é apontar erros ou acertos

dos estudantes, mas explorar os conhecimentos prévios deles. Um exemplo comum é a produção de alumínio, que envolve a eletrólise da bauxita para separar o alumínio de seu óxido. Outro exemplo é a eletrólise de salmoura, citada na abertura do Tema, usada na produção de cloro e de hidróxido de sódio, substâncias essenciais para a fabricação de produtos de limpeza e saneantes. Além disso, a eletrólise é utilizada em processos de galvanoplastia, como a cromação e a niquelação de objetos, para dar acabamento metálico a utensílios domésticos, como talheres, e peças automotivas. Pode ser interessante mencionar seu uso na produção de discos de vinil: a eletrólise entra na etapa de metalização, isto é, na confecção do molde metálico usado para replicar várias unidades de um mesmo disco.

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2. Resposta pessoal. Não se espera que os estudantes forneçam res-

postas certas ou erradas para esta questão. O objetivo é fazê-los refletir livremente sobre o assunto com base no que estudaram até o momento. A reciclagem do alumínio é de grande importância por várias razões. Ela reduz significativamente o consumo de energia em comparação com a produção de alumínio a partir de bauxita, economizando cerca de 95% da energia necessária. Como a reciclagem utiliza alumínio já processado, o metal exige menos calor e recursos do que na extração do minério, contribuindo também para a redução da mineração, que gera resíduos e causa impactos ambientais. A produção de alumínio reciclado emite menos dióxido de carbono e outros poluentes, ajudando a mitigar as mudanças climáticas. Outro aspecto relevante é que a reciclagem do alumínio é um processo que pode ser realizado inúmeras vezes sem perda de qualidade do material. 3. Resposta pessoal. No cotidiano, as pessoas lidam constantemente com materiais revestidos de outros metais. A maioria dos parafusos é galvanizada. As torneiras, as fechaduras e tantos outros materiais metálicos são, geralmente, cromados ou niquelados.

4. Resposta pessoal. Não se espera que os estudantes forneçam

respostas certas ou erradas para esta questão. O objetivo é fazê-los levantar hipóteses livremente com base no que estudaram até o momento. O tamanho de uma pilha pode influenciar a capacidade de armazenamento de energia e, consequentemente, a duração de seu funcionamento. As pilhas maiores tendem a conter mais material ativo e, portanto, podem fornecer mais energia por mais tempo, ou seja, maior autonomia. O tamanho maior, no entanto, restringe o uso em equipamentos portáteis, como nos eletroeletrônicos modernos.

Atividades 1. Resposta pessoal. A definição de vantagem ou desvantagem

depende da finalidade, por isso é importante que os estudantes compreendam que uma propriedade não é, necessariamente, boa ou ruim. Em geral, objetos de alumínio são relativamente leves, resistentes à corrosão, mais maleáveis do que outros metais e bons condutores de calor e eletricidade. 2. Espera-se que os estudantes verifiquem que o sódio metálico reage violentamente com a água, liberando muita energia e gás hidrogênio. Além disso, forma hidróxido de sódio, deixando a água cáustica e corrosiva.

3. Cátodo: Au3+(aq) + 3 e_ H Au(s); ânodo: Au(s) H Au3+(aq) + 3 e_ 4. Nesse caso, os átomos de ouro do ânodo oxidam-se e passam

para a solução, ao mesmo tempo que os íons de ouro da solução, por redução, depositam-se no metal que está sendo revestido de ouro.

5. 4 Cr3+(aq) + 6 H2O(l) H 4 Cr(s) + 12 H+(aq) + 3 O2(g) 6. Uma forma eficiente de limpar objetos feitos de prata é colo-

cá-los imersos, por cerca de três minutos, em um recipiente revestido internamente de papel-alumínio e cheio de solução de NaCl (o sal de cozinha). Em poucos minutos, o objeto recuperará seu brilho por causa da reação a seguir. 3 Ag2S(s) + 2 Al(s) ê 6 Ag(s) + 2 Al3+(aq) + 3 S2_(aq)

Tema 34 • Radioatividade Reflita 1. Resposta pessoal. O objetivo deste questionamento não é

apontar erros ou acertos por parte dos estudantes, mas fazê-los retomar o que aprenderam sobre modelos atômicos e tentar apresentar uma resposta para a questão. As respostas podem ajudar a identificar a necessidade de ajustes no conceito de átomo para a construção de modelos mais elaborados que auxiliem na compreensão de tecnologias modernas.

2. Resposta pessoal. Os estudantes devem indicar que a radiação é um fenômeno natural, mas os conhecimentos científico e tecnológico possibilitaram seu controle e sua manipulação para diferentes fins.

3. Resposta pessoal. Não se espera que os estudantes forneçam res-

postas certas ou erradas para esta questão. O objetivo é fazê-los levantar hipóteses livremente com base no que estudaram até o momento. São os núcleos instáveis que caracterizam átomos radioativos, e a emissão leva à formação de átomos mais estáveis.

Formação cidadã 1. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes verifiquem que

Maria Sklodowska enfrentou muitos desafios para seguir uma carreira científica, como a falta de acesso a universidades na Polônia, o que a levou a estudar na Universidade Volante de Varsóvia, a única que aceitava mulheres. Ela precisou se mudar para a França para continuar seus estudos e custear sua viagem trabalhando como governanta. Esses obstáculos refletem as barreiras sociais e educacionais que mulheres da época enfrentavam para se inserir na Ciência. Marie Curie é um exemplo de perseverança e determinação. 2. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes concordem que Marie Curie foi pioneira em abrir caminho para outras mulheres na Ciência. Seu reconhecimento ao lecionar na Sorbonne e ganhar duas vezes o Prêmio Nobel desafiou as normas de gênero vigentes, mostrando que mulheres eram capazes de grandes feitos científicos. A trajetória de Marie demonstrou que o talento e a dedicação não dependem do gênero, o que incentivou futuras gerações de mulheres a buscar seu lugar na Ciência, ampliando o espaço para a participação feminina em áreas que até então eram predominantemente masculinas.

Atividades 1. Respostas pessoais. Espera-se que os estudantes percebam

a importância desse tipo de exame. Os usos mais comuns das radiografias são para diagnóstico de lesões (como fraturas), tratamentos dentários e inflamações (como sinusite e pneumonia). Um diagnóstico preciso possibilita um tratamento mais eficiente para o paciente.

2. Sódio: existe apenas um isótopo estável encontrado na natureza:

23 Na. Carbono: existem dois isótopos estáveis de carbono, 12C e 13C, sendo o primeiro mais abundante. O nuclídeo 14C também ocorre naturalmente em menor quantidade. Hélio: são dois os isótopos estáveis encontrados na natureza: 3He e 4He, sendo o segundo muito mais abundante. Ferro: quatro isótopos de ferro são encontrados na natureza: 54Fe, 56Fe, 57Fe e 58Fe. Mais de 90% do ferro na Terra consiste no nuclídeo 56Fe. Uma curiosidade desse elemento químico é que o radionuclídeo 60Fe, apesar de apresentar meia-vida maior do que 1 milhão de anos, não é encontrado na Terra (somente em meteoritos), por isso é tido como um radionuclídeo extinto. 244 4 3.   86 Rn H  220 84 Po + 2 a 4   Th H  228 88Ra + 2 a

232 90

  Pb H  205 80Hg + 42a 209 82

40 0 4. 140 9 K H 2 0 Ca + _1b

  C H  147 N + _10b

14 6

0   I H  132 54Xe + _1b 132 53

0   Ba H  126 57 La + _1b

126 56

5. Resposta pessoal. Perguntar aos estudantes como a Ciência

deve contribuir para o bem da humanidade e explicar brevemente a importância do debate sobre o papel da Ciência na sociedade. Dividir a turma em pequenos grupos e atribuir a cada um deles um aspecto específico para ser discutido. Sugere-se que cada grupo discuta seu tema por 15 minutos,

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refletindo sobre a contribuição da Ciência para a área e os desafios éticos ou sociais envolvidos. Sugere-se que cada grupo tenha de três a cinco minutos para apresentar suas ideias ao restante da turma. Incentivá-los a apontar tanto os benefícios quanto os possíveis riscos de cada aspecto. Reservar 20 minutos para o debate aberto, de modo que todos possam comentar ou perguntar sobre os pontos levantados pelos outros grupos. A Ciência tem um papel fundamental no avanço da sociedade ao promover o conhecimento, melhorar a qualidade de vida e ajudar na resolução de problemas globais. Para contribuir de forma eficaz, a Ciência deve se basear em princípios éticos, buscando soluções sustentáveis para desafios nas áreas da saúde, do ambiente e da tecnologia, por exemplo. Ela deve ser usada para o desenvolvimento de medicamentos, energias limpas e novos materiais, mas sempre com responsabilidade social e ambiental. Além disso, é importante que o conhecimento científico seja acessível a todos, garantindo que os benefícios advindos da Ciência alcancem a população de forma equitativa e possam ser totalmente aproveitados. É pertinente destacar a necessidade de políticas públicas e investimentos que priorizem a Ciência voltada para o bem comum, prevenindo seu uso para fins prejudiciais, como o armamento ou a exploração irresponsável de recursos.

Tema 35 • Aplicações e implicações da radioatividade Reflita 1. Resposta pessoal. O objetivo não é apontar os erros ou os acertos

dos estudantes, mas incentivá-los a refletir sobre a questão. Esta é uma oportunidade para promover um debate entre eles e incentivá-los a apresentar, de modo crítico, os aspectos positivos e negativos do uso da radioatividade. Os avanços no uso da radioatividade trouxeram muitos benefícios, como a geração de energia nuclear, considerada uma fonte limpa e eficiente, e o desenvolvimento de tratamentos médicos, como a radioterapia, que salva muitas vidas. No entanto, também há aspectos negativos, como os riscos associados ao descarte inadequado de resíduos radioativos e os perigos de acidentes nucleares, que podem ter consequências devastadoras para o ambiente e para a saúde humana. Assim, os efeitos da radioatividade são complexos e exigem um equilíbrio cuidadoso entre os benefícios e os riscos.

2. Resposta pessoal. O objetivo não é apontar os erros ou os acertos

dos estudantes, mas incentivá-los a refletir livremente sobre a questão. Esta é uma oportunidade para promover um debate entre eles e incentivá-los a apresentar argumentos contra o uso da energia nuclear ou a favor dele. Espera-se que os estudantes desenvolvam uma argumentação clara e fundamentada, utilizando os conceitos aprendidos em sala de aula. Por exemplo, alguns podem destacar que a energia nuclear é uma fonte eficiente e de baixa emissão de carbono, contribuindo para a redução do aquecimento global. Podem mencionar que, embora existam riscos, os avanços tecnológicos tornaram as usinas mais seguras. Eles também podem citar que muitos países, como a França, usam essa fonte de energia com sucesso. Já outros estudantes podem enfatizar os perigos associados a acidentes nucleares, como os de Chernobyl e de Fukushima, que causaram impactos significativos ao ambiente e à saúde humana. Podem argumentar ainda que a energia nuclear produz resíduos radioativos que permanecem perigosos por longos períodos, além de afirmar que existem alternativas mais seguras e sustentáveis, como as energias solar e eólica. Incentivar os estudantes a construir as próprias respostas considerando diferentes perspectivas e a utilizar informações baseadas em dados, expressando seus pontos de vista de maneira respeitosa e coerente.

Formação cidadã 1. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes indiquem que

o ciclo do combustível nuclear é composto de várias etapas, como: mineração, conversão, enriquecimento, reconversão, fabricação de pastilhas, montagem de elementos combustíveis, geração de energia, armazenamento, reprocessamento e disposição final. Detalhes sobre essas etapas podem ser consultados no documento Plano nacional de energia: 2030, disponível em: www.epe.gov.br/sites-pt/publicacoes-dados -abertos/publicacoes/PublicacoesArquivos/publicacao-165/ topico-173/PNE%202030%20-%20Geração%20Termonuclear. pdf (acesso em: 27 out. 2024).

2. Resposta pessoal. Os estudantes podem indicar que a dis-

tribuição das usinas nucleares no mundo está fortemente concentrada em países economicamente desenvolvidos, como Estados Unidos, França e Japão. Esse fato se justifica pelo alto custo de construção e manutenção dessas instalações, que requerem tecnologia avançada e infraestrutura especializada, além de uma regulação rigorosa. Países desenvolvidos possuem os recursos financeiros, tecnológicos e humanos para investir nesse tipo de energia, que é eficiente e permite atender às demandas crescentes de eletricidade de forma estável. Além disso, muitos desses países possuem políticas energéticas que buscam reduzir a dependência de combustíveis fósseis, promovendo fontes alternativas, como a nuclear.

Atividades 1 da concentração inicial, passaram-se 1. Se a concentração é __

4 dois períodos de meia-vida, logo o fóssil tem aproximadamente 11 400 anos. 2. Resposta pessoal. O laser é usado em cirurgias de precisão, como cirurgias oftalmológicas (correção de visão a laser), e tratamentos dermatológicos (remoção de tatuagens e manchas de pele). Na indústria, o laser é fundamental em processos de corte e soldagem de materiais, oferecendo precisão e eficiência. Além disso, é utilizado em dispositivos de leitura, como leitores de códigos de barras, CDs e DVDs, e em comunicações ópticas, que permitem a transmissão de grandes quantidades de dados pela internet. Essa tecnologia também tem papel importante na Ciência: em áreas como a Física Quântica, há experimentos que exigem medições extremamente precisas. A relevância do laser na sociedade moderna está ligada à sua capacidade de modificar áreas diversas, como a Medicina, a indústria e até o entretenimento, com shows de luzes e hologramas.

3. Resposta pessoal. Atualmente, em 2024, existem duas reservas

de urânio sendo exploradas no Brasil, uma em Caetité (BA) e outra em Santa Quitéria (CE). Também há um sítio desativado em Caldas (MG). Outras reservas já foram encontradas, mas não são exploradas: Itataia (CE), Espinharas (PB), Rio Cristalino (PA), Amorinópolis (GO), Figueira (PR) e no Quadrilátero Ferrífero (MG). Essas e outras informações podem ser obtidas no site das Indústrias Nucleares do Brasil (INB), única empresa autorizada a explorar as reservas de urânio no país, disponível em: https:// www.inb.gov.br/ (acesso em: 27 out. 2024).

4. Resposta pessoal. Nesta atividade, os estudantes devem verifi-

car as fontes de energia existentes no país, pois a necessidade do uso de energia nuclear está diretamente associada à existência e à disponibilidade de outras fontes. A matriz energética brasileira é baseada em hidrelétricas, porém essas usinas são muito dependentes de questões climáticas e alteram de modo significativo o ambiente onde são construídas. Esses e outros pontos podem ser abordados em uma discussão envolvendo toda a turma.

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5. Resposta pessoal. Existem várias campanhas de prevenção ao

câncer com o objetivo de informar a população da importância da prevenção e do diagnóstico precoce. Entre as mais conhecidas estão Outubro Rosa, campanha voltada para a prevenção do câncer de mama, e Novembro Azul, que foca o câncer de próstata, ambas citadas no Tema. Essas campanhas promovem diversas ações, como exames gratuitos, palestras e distribuição de materiais informativos, além de iluminarem de azul ou cor-de-rosa monumentos e prédios públicos para chamar a atenção para essas causas. Para levar essas campanhas à escola ou ao bairro, pode-se organizar algumas das seguintes ações. Palestras educativas: convidar trabalhadores da saúde, como profissionais da Medicina ou da enfermagem, para dar palestras sobre a prevenção, os fatores de risco e a importância do diagnóstico precoce. Distribuição de panfletos informativos: criar ou distribuir materiais simples com informações sobre os tipos de exames preventivos, como a mamografia e o exame de PSA, e sobre como realizar o autoexame de mama. Eventos de conscientização: organizar caminhadas ou eventos esportivos que promovam o tema e incentivem hábitos saudáveis, fundamentais na prevenção do câncer. Campanha nas redes sociais da escola ou do bairro: divulgar posts informativos e vídeos curtos que ajudem a difundir o conhecimento sobre a prevenção e a importância do diagnóstico precoce, para que mais pessoas tenham acesso às informações de forma rápida. Parcerias com postos de saúde locais: tentar fazer uma parceria para oferecer exames preventivos na escola ou no bairro, facilitando o acesso da comunidade a esses cuidados.

Tema 36 • A Química e o ambiente Reflita 1. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes indiquem que a

preocupação com a preservação e a qualidade da água deve existir porque, embora ela esteja sempre em circulação no planeta, sua disponibilidade para uso humano em boas condições é limitada. Muitas vezes, a água é poluída ou contaminada em razão do uso, o que a torna imprópria para consumo, agricultura ou atividades industriais. Além disso, nem toda a água está acessível de maneira direta, já que a maior parte está nos oceanos, em forma de gelo ou em aquíferos subterrâneos profundos. Preservar a água limpa é essencial para garantir que se tenha o suficiente para atender as necessidades atuais e as do futuro.

2. Resposta pessoal. Não se espera que os estudantes forneçam

respostas certas ou erradas para essa questão. O objetivo é fazê-los levantar hipóteses livremente com base no que estudaram até o momento. O uso incorreto do solo pode causar sua degradação e torná-lo inutilizável para fins agrícolas. Além disso, pode afetar sua biodiversidade. A monocultura e a adubação química são exemplos de técnicas de cultivo que contribuem para a degradação do solo.

3. Resposta pessoal. A proposta da questão é fazer os estudantes

refletirem sobre situações em que a respiração foi prejudicada. Em alguns casos, a respiração pode se tornar mais difícil em razão de condições atmosféricas adversas ou da má qualidade do ar. Exemplos comuns incluem períodos de baixa umidade, que podem ressecar as vias respiratórias, e a presença de poluentes no ar, como poeira levantada por tráfego em estradas não pavimentadas ou fumaça de queimadas. A poluição gerada por veículos em áreas urbanas também contribui para a piora da qualidade do ar, tornando a respiração desconfortável.

4. Resposta pessoal. Não se espera que os estudantes forneçam

respostas certas ou erradas para esta questão. O importante é levá-los a refletir livremente se é possível mudar padrões de consumo para causar menos danos ao ambiente. Pode-se conduzir uma discussão no sentido de apontar formas de consumo mais sustentáveis e conscientes, que equilibram as necessidades pessoais e a saúde do planeta.

Atividades 1. Respostas pessoais. Espera-se que os estudantes indiquem

como é o abastecimento de água onde moram, mencionando se a água que utilizam em sua residência vem de um sistema público ou privado. Eles devem relatar se a água é tratada antes de chegar às torneiras e se há um monitoramento regular da qualidade da água. Além disso, os estudantes devem mencionar se o esgoto gerado na residência deles é coletado adequadamente e tratado em uma estação de tratamento de esgoto próxima. É importante que eles considerem se a estação atende à demanda da população e se o esgoto tratado é devidamente descartado em corpos de água, evitando a contaminação ambiental. Por fim, é esperado que eles reflitam sobre os desafios que a comunidade enfrenta em relação ao abastecimento de água e ao saneamento e como esses fatores podem interferir na saúde e na qualidade de vida da população. Essa análise pode levar a discussões sobre a importância da conservação da água e da infraestrutura de saneamento.

2. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes apresentem algumas atitudes que contemplem o uso consciente da água ou ações que representem o desperdício desse importante recurso natural.

3. Resposta pessoal. O objetivo desta atividade é conscientizar os

estudantes, por meio da observação e da análise, a respeito do descarte de produtos no sistema de esgoto. Pode-se trabalhar com eles uma estimativa da quantidade de café descartada diariamente na comunidade ou no bairro onde vivem.

4. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes percebam que

é possível chegar a um consenso, embora seja um tema complexo e polêmico. O grupo que defende o uso de agrotóxicos pode argumentar que são produtos que aumentam a produtividade agrícola, controlam pragas de forma eficaz e permitem o cultivo em larga escala, garantindo a segurança alimentar. Além disso, podem destacar que, em alguns casos, não há alternativas viáveis, a curto prazo, para garantir a produção em grande escala. Já o grupo que destaca os perigos dos agrotóxicos pode enfatizar os riscos de contaminação do solo, da água e dos alimentos, além dos riscos à saúde dos trabalhadores agrícolas e dos consumidores. Eles podem também argumentar que o uso indiscriminado desses produtos pode levar à perda de biodiversidade e à resistência de pragas. Ao debaterem, ambos os grupos podem reconhecer que o uso de agrotóxicos, apesar de ter vantagens econômicas, precisa ser feito com cautela, considerando o desenvolvimento de alternativas sustentáveis, como o manejo integrado de pragas e o uso de biopesticidas. O consenso pode ser alcançado na ideia de que é necessário buscar um equilíbrio entre a produção eficiente de alimentos e a preservação da saúde humana e ambiental.

5. Resposta pessoal. O objetivo do estudo da Química é fazer com

que os estudantes sejam críticos e conscientes do mundo em que vivem, com uma preocupação genuína pelo planeta e pelo bem-estar das pessoas. Ao adquirir conhecimento sobre princípios químicos, eles são capacitados a compreender melhor os desafios ambientais e sociais, o que lhes permite assumir um papel ativo na busca por soluções. A conscientização sobre

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a interferência das atividades humanas no ambiente pode motivar os estudantes a adotar práticas mais sustentáveis no cotidiano, como a redução do uso de plásticos, a reciclagem adequada de materiais e a escolha de produtos químicos menos nocivos. Além disso, ao entenderem os processos químicos envolvidos na produção e no descarte de substâncias, eles podem participar de iniciativas comunitárias que visem à preservação do ambiente e à promoção da saúde pública.

Em seguida, observa-se a espécie química que vai reduzir e faz-se o balanceamento das equações. 3 Cu2+(aq) + 6 e_ H 3 Cu(s) 2 Fe(s) H 2 Fe3+(aq) + 6 e_

E0 = +0,34 V E0 = +0,04 V

3 Cu2+(aq) + 2 Fe(s) H 3 Cu(s) + 2 Fe3+(aq)

DE0 = 0,38 V

5. Alternativa B. O carregador deverá superar a diferença de

6. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes reconheçam

potencial da pilha formada pelos metais apresentados. Assim, o resultado é obtido após balancear as equações e considerar que o cádmio é a espécie que vai oxidar. Ni2+(aq) + 2 e_ H Ni(s) E0 = _0,230 V 2+ _ Cd(s) H Cd (aq) + 2 e E0 = +0,402 V

7. Espera-se que os estudantes indiquem que pegada ecológica foi

6. Alternativa A. Um metal de sacrifício vai oxidar no lugar do aço. É

que a preservação ambiental é responsabilidade de toda a sociedade, envolvendo tanto os governos e as empresas quanto cada cidadão. um conceito criado para relacionar consumo, exploração e uso de recursos naturais com a capacidade do planeta de repor esses recursos. Ele ajuda a verificar quão próximo o ser humano está da sustentabilidade e a visualizar o impacto causado pelo atual modo de vida das pessoas. Exemplos de ações que ajudariam a reduzir a pegada ecológica: consumo consciente e reduzido de bens materiais (avaliar sempre a real necessidade do consumo), economia de água, reciclagem dos resíduos, redução do consumo de carne, uso de transporte coletivos, entre outras.

8. Espera-se que os estudantes indiquem que a afirmação é incorreta. A Química Verde visa à invenção, ao desenvolvimento e à aplicação de produtos e processos químicos para reduzir ou eliminar o uso e a geração de substâncias perigosas. Nem sempre será possível eliminar completamente os impactos causados por produtos e processos.

9. a) É importante que os estudantes reconheçam que o descarte

de medicamentos no vaso sanitário ou no lixo comum pode contaminar o solo e a água, impactando negativamente o ambiente e a saúde pública. Espera-se que sugiram a recomendação de levar esses produtos a uma farmácia ou ponto de coleta especializado em resíduos de saúde, onde eles podem ser descartados corretamente e sem causar danos ambientais. b) Espera-se que os estudantes proponham a busca por algum ponto de coleta de lixo eletrônico, geralmente disponível em locais como ecopontos, cooperativas de reciclagem, lojas de eletrônicos ou supermercados que oferecem serviço para esse tipo de descarte. Esses locais estão aptos a orientar e garantir que o descarte seja feito de forma ambientalmente correta.

Atividades complementares 1. Alternativa E. Quatro compostos foram citados no texto, dois óxidos (NO2 e SO2) e dois ácidos (HNO3 e H2SO4).

2. Alternativa A. A combustão de hidrocarbonetos produz gás carbônico e água. O gás carbônico é considerado um óxido ácido, pois, ao reagir com a água, produz o ácido carbônico (H2CO3).

3. Alternativa B. Como o cobre tem o maior potencial, será a espécie que vai reduzir, e o alumínio será a espécie que vai oxidar (agente redutor), assim o resultado é encontrado após o balanceamento da reação. 3 Cu2+(aq) + 6 e_ H 3 Cu0 E0red = +0,34 V 2 Al0 H 2 Al3+(aq) + 6 e_ E0oxi = +1,66 V 3 Cu2+(aq) + 2 Al0 H 2 Al3+(aq) + 3 Cu0

DE0 = +2,0 V

4. Alternativa E. A faca é feita de ferro (Fe), e, sobre ela, ocorre o gotejamento de uma solução de sulfato de cobre (Cu2+). Primeiro, identificam-se as reações no quadro. E0 = +0,34 Cu2+(aq) + 2 e_ H Cu(s) E0 = _0,04 Fe3+(aq) + 3 e_ H Fe(s)

Ni2+(aq) + Cd(s) H Ni(s) + Cd2+(aq)

DE0 = +0,172 V

preciso utilizar um metal com potencial de redução menor do que o do ferro metálico. Com base nos dados informados, conclui-se que o zinco tem potencial menor do que o do ferro. 7. Soma: 31 (01 + 02 + 04 + 08 + 16). 01) Correto. Analisando a figura, a placa carregada positivamente atrai as partículas beta. 02) Correto. A radiação gama não tem carga. 04) Correto. Para decair de 100 g para 50 g, 245 mil anos; para decair de 50 g para 25 g, mais 245 mil anos. Total de 490 mil anos. 08) Correto. A radiação alfa tem massa igual a 4 e número de prótons igual a 2. 16) Correto. O decaimento radioativo do urânio-234 por meio da emissão de uma partícula alfa reduz a massa atômica para 230 e o número de prótons para 90, que corresponde a um isótopo de tório. 8. Alternativa D. Com base no quadro, constata-se que o tempo de meia-vida do iodo-131 é de 8 dias (tempo que reduziu de 12 mg para 6 mg). Assim, após 5 tempos de meia-vida a massa do iodo-131 será de 0,375 mg (aproximadamente 0,4 mg). 9. Alternativa E. Com base no texto e na imagem, percebe-se que o raio X é o tema central apresentado. Assim, os raios X são absorvidos pelo cálcio dos ossos e não atingem o filme. 10. Alternativa D. A decomposição anaeróbica produz o gás metano (CH4), que pode ser utilizado como um gás combustível. 11. Alternativa C. O aumento da quantidade de matéria orgânica está relacionado com o aumento da quantidade de plantas no local. Desse modo, quanto mais plantas existirem, maior será o índice de realização de fotossíntese, que sequestra o CO2 e minimiza o agravamento do efeito estufa.

Integrando com... 1. Os estudantes devem indicar que o sistema decimal utiliza dez

caracteres diferentes (0 a 9) para representar informações, enquanto o sistema binário utiliza apenas dois caracteres (0 e 1). Apesar de ser mais simples, o sistema binário é extremamente importante para atribuir comandos às máquinas, pois é a base da computação. 2. Os estudantes devem perceber a quantidade de caracteres necessária para representar os nomes em binário, mostrando a simplicidade do sistema em comparação com a riqueza do alfabeto. 3. Resposta pessoal. Os estudantes podem citar telefones celulares, aviões e barcos como exemplos de equipamento. Para sensores, eles podem citar sensores de localização (GPS), de umidade do ar, entre outros. Ao escolher um sensor, espera-se que expliquem, por exemplo, como funciona um sensor de umidade do ar, que mede a quantidade de vapor de água no ar. 4. Resposta pessoal. Os estudantes devem incorporar na proposta aspectos científicos do funcionamento do bafômetro. Além disso, o material deve conter uma proposta de conscientização sobre os riscos da ingestão de álcool associada à direção, enfatizando a importância de não dirigir sob a influência de bebidas alcoólicas.

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TRANSCRIÇÕES DOS PODCASTS

Impressão 3D de alimentos [MÚSICA DE TRANSIÇÃO] Você pode até não saber cozinhar, mas sabe usar facilmente equipamentos como celulares e computadores. Sua habilidade com a tecnologia também será útil, em breve, na hora de servir o almoço. Em vez de escolher uma receita, arrumar os ingredientes, colocar tudo na panela, temperar e esperar pela ação do fogo, você simplesmente apertará o botão de uma impressora 3D. Rapidinho, uma pizza, um hambúrguer, um salmão com molho de maracujá e até uma sobremesa estarão no seu prato. Dá para imaginar? Será tão gostoso quanto uma refeição tradicional? Ainda não sabemos, mas provavelmente sim. Afinal, cientistas do mundo inteiro estão trabalhando para acelerar a tecnologia de produção de alimentos por impressoras 3D. Os avanços são notáveis. A impressão 3D de alimentos é chamada, tecnicamente, de manufatura aditiva. Em laboratório, são desenvolvidas pastas ou purês feitos com frutas, legumes, queijos, farinhas, chocolates e tubérculos. É como se essas massas fossem as tintas de uma impressora comum. Ao programar a impressão de uma pizza, as tintas, que estão armazenadas em compartimentos separados, se unem para formar o alimento. Elas podem ser combinadas para imprimir refeições com camadas e formatos variados, e com diferentes sabores e texturas. [MÚSICA DE TRANSIÇÃO] A tecnologia é recente, e ainda há poucos fabricantes de impressoras 3D e fornecedores de matéria-prima para os alimentos. O equipamento vai se popularizar na mesma velocidade que qualquer outra tecnologia. Basta pensar no tempo que levou para que a maioria das casas tivesse computador, internet ou TV inteligente. No começo, apenas pessoas com maior poder aquisitivo terão acesso. Com o tempo, o preço vai diminuindo e, ao longo de alguns anos, o produto se tornará um bem de consumo comum e acessível. Mas há alguns desafios a serem superados para que tudo isso aconteça. Um deles é controlar os microrganismos. Se você já cortou uma maçã ao meio, deve ter notado que, enquanto comia a primeira metade, a segunda escureceu. Verduras e frutas cortadas ou amassadas mudam rapidamente de cor. Não há um risco imediato para a sua saúde, mas os alimentos começam a estragar assim que são modificados. Como as impressoras 3D poderiam controlar esse problema entre um uso e outro? O que aconteceria se você usasse um determinado ingrediente para fazer um hambúrguer e só voltasse a precisar dele dias ou semanas depois? Essas são perguntas que ainda precisam de respostas. Falando em hambúrguer, nos Estados Unidos, algumas indústrias já utilizam impressão 3D para produzir carnes veganas, ou seja, carnes feitas a partir de plantas. Mas, quando essa tecnologia chegar às nossas casas, como vamos lidar com os riscos à saúde? As massas ou tintas que imitam carne são suscetíveis à multiplicação de fungos e de bactérias. Esses microrganismos podem alterar a cor e o sabor do alimento. Pior ainda, podem embolorar, azedar e até causar doenças. [MÚSICA DE TRANSIÇÃO] De acordo com a Organização das Nações Unidas para a Alimentação e a Agricultura, os alimentos fornecem a energia necessária para o bom funcionamento do corpo humano. Quimicamente, eles são compostos de elementos como carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio. Além disso, seu valor nutritivo está relacionado à concentração de proteínas, vitaminas, sais minerais, água e gorduras. Será que os alimentos impressos em 3D conseguirão fornecer tudo o que o corpo precisa? Os especialistas acreditam que a comida 3D não poderá ser a base da nossa alimentação, mas sim um complemento. Ela não terá todos os nutrientes de que precisamos, mas poderá ser útil, inclusive em tratamentos médicos.

Pesquisadores da USP e de universidades da França estudaram um processo de produção 3D para criar géis de leite e sucos de frutas. Os cientistas ajustaram a textura desses alimentos para tratar pacientes com disfagia, ou seja, dificuldade em mastigar e engolir. O estudo comprovou que a tecnologia melhora a textura dos alimentos e facilita a absorção dos nutrientes pelo organismo. Para obter os géis usados na impressão 3D, misturam-se polissacarídios e proteínas com os alimentos, aquecendo, resfriando e deixando a mistura em repouso até que esteja pronta para ser impressa. Os polissacarídios são açúcares de estrutura complexa que podem ser obtidos de amidos de diferentes alimentos, como mandioca, milho, batata e trigo, além de outros polissacarídios como a carragena, encontrada nas algas. [MÚSICA DE TRANSIÇÃO] Falando agora da parte econômica, o mercado global de alimentos digitais é estimado em 1 bilhão de reais. A expectativa é que ele aumente quase 60% até 2027. Por enquanto, só podemos imaginar a experiência de almoçar um churrasco impresso, por exemplo, com um pudim digital de sobremesa. No entanto, chegará o dia em que qualquer desejo gastronômico poderá ser rapidamente atendido sem a necessidade de perder horas preparando uma refeição. [MÚSICA DE TRANSIÇÃO] Créditos: Os áudios inseridos neste conteúdo são da Freesound.

Lítio: o ouro branco [MÚSICA DE TRANSIÇÃO] Você sabia que existe um metal que é chamado de “ouro branco”? Pois é, estamos falando do lítio. Neste podcast, você entenderá o porquê desse apelido e muito mais. [MÚSICA DE TRANSIÇÃO] O lítio é um metal alcalino com coloração branco-acinzentada e número atômico 3. Ele se destaca entre os metais por ter a maior eletroatividade e a menor densidade, tornando-se o metal mais leve que existe. O lítio se oxida rapidamente ao entrar em contato com o ar ou com a água, e seu símbolo na tabela periódica é o “Li”. [MÚSICA DE TRANSIÇÃO] O lítio foi descoberto em 1817 pelo sueco Johan August Arfwedson, mas ainda estava na forma impura. O metal só foi isolado no ano de 1855 pelo alemão Robert Wilhelm Bunsen. Desde então, o lítio ganhou uma importância que talvez te surpreenda. Extremamente versátil, sua aplicação é fundamental em diversos setores da indústria. Na farmacêutica, por exemplo, é utilizado principalmente em medicamentos para transtornos psiquiátricos. Além disso, ele atua como catalisador de reações orgânicas na indústria química e como aditivo que melhora as propriedades das ligas metálicas na indústria metalúrgica. [MÚSICA DE TRANSIÇÃO] Mas se há uma aplicação que faz o lítio ser extremamente cobiçado, é seu uso na fabricação de baterias. Celulares, computadores portáteis e veículos elétricos são apenas alguns dos eletrônicos movidos por baterias que contêm o metal. Em outras palavras, uma parte gigantesca dos equipamentos que usamos no nosso dia a dia depende do lítio para funcionar. Além disso, o compromisso atual de certos países em converter os motores a gasolina para motores elétricos fez a demanda pelo lítio crescer. Já deu para entender o motivo de ele ser chamado de “ouro branco” e “metal do futuro”, não é mesmo?

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[MÚSICA DE TRANSIÇÃO] E olha que ainda não citamos todas as aplicações do lítio, hein? Sua importância para a economia mundial é tamanha que há quem o considere o “novo petróleo”. E, de fato, a comparação faz sentido. As reservas de lítio, assim como as de petróleo, estão concentradas em alguns poucos países. Para se ter uma ideia, Chile, Argentina e Bolívia concentram cerca de 60% das reservas do mundo. Segundo o Serviço Geológico dos Estados Unidos, apenas outros 20 países também têm o metal. O estoque total é de 98 milhões de toneladas. [MÚSICA DE TRANSIÇÃO] Mas e o Brasil, será que entra nessa lista? A resposta é sim. O país possui cerca de 8% das reservas mundiais, e o Vale do Jequitinhonha, em Minas Gerais, corresponde a 85% do total das reservas brasileiras. Esse dado é ótimo para a economia brasileira, mas não é o único. De acordo com especialistas, as minas brasileiras têm uma vantagem: menor custo de produção, pois o material é encontrado em uma forma mais dura da rocha, o pegmatito. No entanto, nem tudo é uma maravilha. [MÚSICA DE TRANSIÇÃO] Para começar, a extração do metal gera impactos ambientais. Um dos mais significativos é a alteração da paisagem, já que a principal forma de extração é por meio de minas a céu aberto. Esse modelo resulta em desmatamento severo, retirada de solo fértil e consequências para o ecossistema e a biodiversidade locais. Além disso, o processo de extração do lítio demanda uma enorme quantidade de água, cerca de 2 milhões de litros por tonelada, o que pode comprometer os recursos hídricos de uma região. Além de tudo isso, temos uma séria questão que precisa ser resolvida: o destino das enormes quantidades de baterias de lítio que são descartadas diariamente. Cerca de 53 milhões de toneladas de lixo eletrônico são descartadas anualmente em todo o mundo, segundo levantamento da organização The Global E-waste Monitor. Diversas iniciativas de reciclagem e descarte adequado das baterias já estão em andamento, mas, dado o volume, será preciso ampliar os esforços para que não tenhamos um grave problema ambiental no futuro. [MÚSICA DE TRANSIÇÃO] Créditos: Os áudios inseridos neste conteúdo são da Freesound.

Fármacos na água [MÚSICA DE TRANSIÇÃO] Os fármacos são substâncias utilizadas na formulação de medicamentos e constituem o princípio ativo de um remédio. Eles são sintetizados para produzir respostas fisiológicas em humanos, animais e plantas, com o objetivo de minimizar ou até eliminar uma dor, ou ajudar na cura de uma doença. Não se deve usar a palavra fármaco como sinônimo de remédio ou de medicamento, como muitas pessoas fazem, pois não são a mesma coisa. O fármaco é a substância principal dentro de um remédio, mas não é a única. É como se ele fosse o motor que faz o carro rodar, a farinha que faz a massa do bolo ou a eletricidade que faz a sua televisão funcionar. Os fármacos são classificados com base em sua origem, seus efeitos e suas formas farmacêuticas. Quanto à origem, podem ser naturais, animais, vegetais ou artificiais, sendo que os últimos são manipulados em laboratórios. Quanto aos efeitos, os fármacos podem ser terapêuticos, tóxicos, sistêmicos ou sinérgicos, entre outras características. Finalmente, no que se refere às formas farmacêuticas, eles podem assumir a forma de comprimidos, xaropes, pomadas, pílulas ou cremes.

[MÚSICA DE TRANSIÇÃO] Os fármacos, também conhecidos como insumos farmacêuticos ativos, são, muitas vezes, necessários para os cuidados com a saúde. Ao mesmo tempo, podem colocar em risco a saúde de muita gente. Ficou confuso, não é mesmo? Como assim eles são bons e ruins ao mesmo tempo? Bem, os fármacos são ótimos aliados da Medicina quando utilizados pelos pacientes em seus tratamentos. Por outro lado, muitas vezes, acabam prejudicando o meio ambiente, contaminando rios e levando doenças para as pessoas que beberem a água poluída por esses fármacos. O principal problema é o descarte incorreto de remédios. Eles não devem ser jogados no lixo comum, que vai parar em aterros sanitários. Medicamentos vencidos devem ser levados a farmácias ou postos de coleta, onde serão descartados de maneira adequada e segura. Quando são descartados no lixo comum, os remédios se misturam a resíduos líquidos, infiltram a terra e poluem depósitos subterrâneos de água, rios, lagos e córregos. E este não é o único problema: os fármacos podem contaminar a água de outras maneiras. [MÚSICA DE TRANSIÇÃO] Geralmente, quando tomamos um medicamento, a maior parte dele é metabolizada em nosso organismo, onde ocorrem reações químicas que modificam o fármaco. No entanto, uma porcentagem do remédio é eliminada nas fezes ou na urina e vai parar na rede de esgoto, seguindo para uma estação de tratamento de água que não possui nenhum mecanismo para neutralizar esses compostos químicos. Após um tempo, a água tratada, mas ainda com resíduos do remédio, é devolvida em um manancial e tratada para se tornar potável. Novamente, sem controle específico para remover as sobras de medicamentos, essa água é considerada adequada para consumo e chega às nossas torneiras e chuveiros. Você não corre o risco de contaminação ao beber um copo de água ou tomar um banho demorado, pois as concentrações dos agentes contaminantes são extremamente baixas. No entanto, a exposição contínua ao longo dos anos pode, eventualmente, prejudicar a saúde. Cientistas ainda investigam o impacto cumulativo da água contaminada no nosso organismo. A mais recente Pesquisa Nacional de Saneamento Básico do IBGE, o Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística, realizada em 2018, revelou que 71,8% dos municípios brasileiros não tinham políticas de saneamento. Outro levantamento, feito pela Agência Nacional de Águas, em 2017, mostrou que menos da metade dos esgotos do país são coletados e tratados. Os medicamentos contêm hormônios, antibióticos e psicofármacos que podem afetar a flora e a fauna. Uma possível consequência é a redução de sapos e de outros anfíbios, que agem como controladores de pragas. Isso pode explicar o crescimento descontrolado da população de insetos que transmitem doenças, como zika, chicungunha e dengue, por exemplo. [MÚSICA DE TRANSIÇÃO] Todos nós podemos contribuir para minimizar esse problema. Vamos iniciar uma campanha de conscientização cidadã. Atenção: você está convidado a participar ativamente deste movimento, e isso não exige muito esforço. Sua única tarefa é descartar corretamente os medicamentos vencidos ou que você não utiliza. Leve-os a um posto de coleta ou a uma farmácia, em vez de jogá-los no lixo de casa. É um gesto simples que ajuda a preservar o planeta e a saúde das pessoas. Agindo dessa maneira, você ajuda a reduzir os impactos ambientais negativos causados pela ação dos fármacos na natureza. [MÚSICA DE TRANSIÇÃO] Créditos: Os áudios inseridos neste conteúdo são da Freesound.

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