PNLD 2026 EM - CAT 1 - COLEÇÃO POR TODA PARTE- QUÍMICA

EDITOR RESPONSÁVEL:

ISRAEL FRANCISCO BERNARDO PIMENTA

MANUAL DO PROFESSOR

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VOLUME

ÚNICO ENSINO MÉDIO

ÁREA DO CONHECIMENTO: CIÊNCIAS DA NATUREZA E SUAS TECNOLOGIAS

EDITOR RESPONSÁVEL:

ISRAEL FRANCISCO BERNARDO PIMENTA Licenciado em Química pelo Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo – (IFSP – Campus Sertãozinho). Mestre em Química pelo Programa de Pós-graduação em Química da Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto da Universidade de São Paulo (FFCLRP-USP). Professor de Educação Básica 3 pelo Serviço Social da Indústria (SESI-SP).

VOLUME

ÚNICO ENSINO MÉDIO

ÁREA DO CONHECIMENTO: CIÊNCIAS DA NATUREZA E SUAS TECNOLOGIAS

Elaborador e editor de materiais didáticos.

1a edição São Paulo – 2024

07/11/2024 08:35:18

Copyright © FTD Educação, 2024. Elaboração de originais Israel Francisco Bernardo Pimenta Licenciado em Química pelo Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo – (IFSP – Campus Sertãozinho). Mestre em Ciências no Programa Química da Universidade de São Paulo (FFCLRP-USP). Professor de Educação Básica pelo Serviço Social da Indústria (Sesi-SP). Elaborador e editor de materiais didáticos. Felipe Revoredo Benatti Bacharel em Química pela Universidade Estadual de Londrina (UEL-PR). Mestre em Química pela Universidade Estadual de Londrina (UEL-PR). Elaborador e editor de materiais didáticos. Marissa Kimura Bacharela em Química pela Universidade Estadual de Londrina (UEL-PR). Mestra em Bioenergia pela Universidade Estadual de Londrina (UEL-PR). Elaboradora e editora de materiais didáticos. Thiago Ferreira Luz Bacharel em Química pela Universidade de São Paulo (FFCLRP-USP). Mestre em Ciências no Programa Química da Universidade de São Paulo (FFCLRP-USP). Professor de Química no Ensino Básico. Elaborador de materiais didáticos.

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 Coordenação editorial Valquiria Baddini Tronolone Preparação e Revisão Maria Clara Paes (coord.) Produção de conteúdo digital João Paulo Bortoluci Gerência de produção e arte Ricardo Borges Design Andréa Dellamagna (coord.) Sergio Cândido (criação), Ana Carolina Orsolin, Andréa Lasserre Projeto de capa Sergio Cândido Imagem de capa sturti/Getty Images Coordenação de imagens e textos Elaine Bueno Koga Edição Felipe Revoredo Benatti, Israel Francisco Bernardo Pimenta, Maira Balestri Assistência editorial Angélica Tieme Ishikawa, Érika Fernanda Rodrigues, Mariane Ferrarini Andrade Revisão técnica Prof. Dr. Henrique Esteves, prof. Dr. Thiago N. M. Cervantes Preparação e Revisão Equipe Scriba Gerência de produção editorial Camila Rumiko Minaki Hoshi Supervisão de produção editorial Priscilla de Freitas Cornelsen Rosa Assistente de produção editorial Lorena França Fernandes Pelisson Edição de arte Camila Ferreira, Keithy Mostachi, Natanaele Bilmaia, Tamires Azevedo, Tatiane Galheiro, Vinícius Costa Diagramação Avits Estúdio Gráfico Ltda., Formato Comunicação Ltda., Laryssa Dias Almeron dos Santos, Leda Cristina Silva Teodorico Autorização de recursos João Henrique Pedrão Feliciano Iconografia André Silva Rodrigues, Vinícius Costa (trat. imagens)

Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) (Câmara Brasileira do Livro, SP, Brasil) Química por toda parte : ensino médio : volume único / organizadora FTD Educação ; editor responsável Israel Francisco Bernardo Pimenta. -- 1. ed. -- São Paulo : FTD, 2024. Componente curricular: Química. Área do conhecimento: Ciências da natureza e suas tecnologias. ISBN 978-85-96-04706-7 (livro do estudante) ISBN 978-85-96-04707-4 (manual do professor)

ISBN 978-85-96-04708-1 (livro do estudante HTML5) ISBN 978-85-96-04709-8 (manual do professor HTML5)

1. Química (Ensino médio) I. Pimenta, Israel Francisco Bernardo. 24-228367

CDD-540.7 Índices para catálogo sistemático:

1. Química : Ensino médio

540.7

Cibele Maria Dias - Bibliotecária - CRB-8/9427 Reprodução proibida: Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Todos os direitos reservados à

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

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

05/11/2024 15:48:08

Apresentação Você já parou para pensar na quantidade de notícias relacionadas à Ciência que vemos e ouvimos diariamente? Estamos cercados por avanços tecnológicos, novas doenças que impactam a humanidade, desafios ambientais, poluição e necessidade de utilizar nossos recursos de maneira mais consciente. Para entender e se posicionar criticamente com relação a tudo isso, é fundamental que você conheça os princípios científicos envolvidos nos fenômenos ao seu redor. Assim, este livro tem como objetivo proporcionar a você a chance de analisar criticamente as situações do dia a dia, fundamentando-se no conhecimento científico e em sua interação com a sociedade. Nele, você poderá explorar, refletir e expressar suas opiniões sobre temas importantes por meio de uma linguagem acessível, acompanhada de imagens e textos que se conectam à realidade. Convidamos você a participar com dedicação das propostas de estudo deste livro e esperamos que ele o ajude de forma significativa em suas experiências escolares.

Para conhecer seu livro Confira a seguir a organização do seu livro e como isso vai ajudá-lo nos estudos dos assuntos de Química.

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Abertura de unidade Cada unidade se inicia com duas páginas de abertura, que apresentam imagens e textos relacionados aos conteúdos que você vai estudar. Nelas, você terá a oportunidade de expor o que sabe do assunto e trocar ideias sobre essas imagens e esses conteúdos por meio de questões. Para facilitar a organização de seus estudos, essas páginas contêm uma lista dos principais conteúdos que serão abordados em cada unidade.

Nesta unidade, vamos estudar... • reações reversíveis e irreversíveis; • equilíbrios homogêneos e heterogêneos; • constantes de equilíbrio; • fatores que afetam os equilíbrios; • pH e pOH; • solução tampão; • hidrólise salina; • produto de solubilidade.

Rapids Park, Ottawa, Canadá/Iryna Tolmachova/Shutterstock.com

UNIDADE

A DINÂMICA DAS TRANSFORMAÇÕES E O SER HUMANO

Essas curiosas esculturas feitas de pedaços de rochas em equilíbrio provavelmente chamaram a sua atenção por causa da forma como elas estão dispostas, representando uma condição de equilíbrio estático, ou seja, uma situação em que todas as forças exercidas sobre esses pedaços se equilibram para resultar em zero. Contudo, se analisarmos bem essa imagem, é possível identificar outros sistemas em equilíbrio. Por exemplo, a água presente no rio retratado na fotografia pode estar em equilíbrio de temperatura, pH e quantidade de sais e minerais solubilizados. Todos esses aspectos compõem outro tipo de equilíbrio: o dinâmico, dependente de vários fatores, entre os quais se destacam a composição química da mistura que forma o corpo de água, o tipo de substrato no fundo dele, a temperatura e a pressão atmosférica no ambiente. As mudanças desses fatores podem alterar a composição física e química da água, sem resultar, no entanto, em alterações permanentes. Esses tipos de transformação são classificados como processos reversíveis. Esses e outros aspectos dos equilíbrios químicos serão abordados nesta unidade, possibilitando compreender como as espécies químicas se encontram nesses sistemas e como diferentes fatores podem influenciar sua composição. a ) Em sua opinião, em que consistem os processos reversíveis? b ) A água de piscinas é tratada regularmente para ser mantida própria para uso, e um dos parâmetros que deve ser conservado em equilíbrio é o pH. Explique a necessidade de tratar regularmente a água e ajustar o pH, mesmo que ele já tenha sido ajustado outras vezes.

Esculturas de rochas equilibradas umas sobre as outras do artista estadunidense John Felice Ceprano, na cidade de Ottawa, no Canadá, em 2023.

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Os sites indicados nesta obra podem apresentar imagens e eventuais textos publicitários junto ao conteúdo de referência, o que não condiz 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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CAPÍTULO

Eletrólise

Faixa ideal de pH do solo para determinadas frutas

Conceito de eletrólise GOLFX/Shutterstock.com

Carlos Caetano/Shutterstock.com

As imagens a seguir mostram objetos com diferentes utilidades, mas feitos com o mesmo material. Você sabe que material é esse?

Embalagens de alimentos.

1. De onde é extraído o material utilizado na confecção dos objetos mostrados nas fotografias? 2. Em sua opinião, que características esse material deve ter para ser utilizado na confecção desses objetos?

Ferro (Fe)

Níquel (Ni)

Cobre (Cu)

7,9

8,9

8,9

7,1

1 538

1 455

1 084

420

5,0 a 7,0

Manga

5,6 a 6,0

Maçã

5,6 a 7,5

Mamão

6,0 a 7,0

Pera

6,0 a 7,5

a ) a concentração da solução expressa em g/mL.

b ) Entre os metais pesados há o chumbo, um elemento relativamente abundante na crosta terrestre e que apresenta concentração próxima de 20 ppm (partes por milhão). Determine a massa de chumbo, em gramas, presente em uma amostra de 50 g de matéria da crosta terrestre.

c ) a densidade da solução em g/mL. d ) a densidade da solução em g/L.

2. Determinado produto desengraxante, destina-

do à remoção de gordura de motores de carros, consiste em uma solução aquosa de concentração 3,2 mol/L de soda cáustica (hidróxido de sódio, NaOH). O rótulo indica que há 900 mL desse produto. Nessa concentração, qual é a massa de hidróxido de sódio dissolvida?

Dependendo do tipo de plantação, é necessário que o agricultor corrija o pH do solo, um procedimento essencial para garantir boa produtividade da safra. Solos muito ácidos precisam ser corrigidos com substâncias que os tornem mais básicos. Uma das maneiras de fazer isso é adicionando carbonato de cálcio (CaCO 3), que, em solução aquosa, sofre a seguinte hidrólise salina:

3. Observe a fotografia e leia o trecho da matéria a seguir.

−

A liberação de íons OH aumenta o pH do solo. Esse processo leva o nome de calagem.

Zinco (Zn)

2,7 660

5,0 a 6,0

Banana

a ) Faça uma pesquisa sobre o ocorrido em Brumadinho e, em seguida, responda: quais metais podem estar presentes nos rejeitos desse desastre ambiental?

b ) a concentração da solução em g/L.

Leitenberger Photography/Shutterstock.com

Alumínio (A𝓁𝓁)

Abacaxi

O valor de pH de um solo depende de algumas condições do ambiente em que se encontra, como o tipo e a quantidade de minerais que o compõem, o efeito das chuvas, a presença de vegetação e a ação do tempo e de microrganismos. Os solos alcalinos têm valores de pH mais elevados, e os solos ácidos, valores de pH mais baixos.

−

Densidade e temperatura de fusão de alguns metais Metal

Densidade (g/cm 3)

4,9 a 6,0

CaCO 3(s) + 2 H 2O(𝓁𝓁) ⇌ Ca 2+(aq) + H 2CO 3(aq) + 2 OH (aq)

Esse metal, de elevada resistência mecânica e à corrosão, baixa temperatura de fusão e baixa densidade é o alumínio (A𝓁𝓁). Confira a seguir como ele tem uma densidade e uma temperatura de fusão menor em comparação com outros metais.

Temperatura de fusão (° C)

Faixa de pH

Fonte de pesquisa: LIU, Guodong et al. Soil pH management for optimum commercial fruit production in Florida. UF/IFAS Extension, 18 mar. 2024. Disponível em: https://edis.ifas.ufl.edu/publication/ HS1234. Acesso em: 27 ago. 2024.

Barco de pesca.

O material utilizado para a produção dos objetos mostrados nas fotografias anteriores é um metal bastante presente no nosso dia a dia. Ele é usado na fabricação de latas para armazenamento de bebidas e alimentos, estruturas de barcos, carrocerias de automóveis, fuselagem de aviões, portas, esquadrilhas, janelas, portões, entre outros objetos.

Propriedade

Fruta Amora

Fonte de pesquisa: HAYNES, W. M. (ed.). CRC Handbook of Chemistry and Physics. 97. ed. Boca Raton: CRC Press, 2017. p. 4-44, 4-59, 4-66, 4-75, 4-95.

3

3

+

A liberação de íons H 3 O diminui o pH do solo.

PEREIRA, L. F. Alumínio: um metal precioso. Folha de S.Paulo, São Paulo, 21 nov. 2006. Fovest. Disponível em: https://www1.folha.uol.com.br/fsp/fovest/fo2111200612.htm. Acesso em: 15 ago. 2024.

a ) Qual é o tipo de hidrólise salina que acontece na correção da acidez de um solo? E na correção da basicidade?

Mas por que esse metal era tão valioso? O alumínio é encontrado, principalmente, sob a forma de um minério chamado bauxita, que tem entre seus principais componentes a gibbsita (A𝓁𝓁𝓁(OH) ) e o óxido de

b ) O cloreto de sódio (NaC𝓁𝓁) é uma substância indicada para corrigir o pH do solo? Por quê?

3

alumínio (A𝓁𝓁 2O 3), também chamado alumina. Para obter o metal puro, é necessário separá-lo do oxigênio. No início do século XIX ainda não se conheciam métodos eficientes para realizar essa separação. Mas, em 1886, o jovem químico estadunidense Charles Martin Hall (1863-1914) conseguiu obter o alumínio por meio de um processo de baixo custo que ficou conhecido como eletrólise.

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No início e no decorrer de cada capítulo, você entrará em contato com situações de que já ouviu falar ou que fazem parte de seu cotidiano. Nesses momentos, terá a oportunidade de expor seus conhecimentos acerca dessas situações e refletir sobre como elas se relacionam com os conteúdos que você está estudando.

Podemos evidenciar de maneira concreta as implicações da entalpia de ligação analisando a chert, uma rocha sedimentar composta predominantemente de dióxido de silício (SiO 2). Sua origem está relacionada à acumulação de restos de organismos marinhos silicosos, como radiolários e diatomáceas, ou à precipitação direta de sílica em ambientes marinhos ou lacustres. Com o passar do tempo, esses sedimentos sofrem processos de compactação e são transformados em rochas sedimentares. A alta dureza da rocha é uma de suas características mais notáveis, resultante das fortes ligações covalentes entre os átomos de silício e oxigênio. Essas ligações têm uma entalpia de 452 kJ / mol, conferindo ao chert sua resistência à fratura e abrasão. Isso fez do material uma ferramenta essencial em tempos pré-históricos, quando era utilizado para a fabricação de lâminas e pontas de flecha. Hoje, o chert é utilizado na construção civil, especialmente como material agregado para concreto, além de ser de interesse geológico para estudos de ambientes antigos. No Ártico do Canadá, na Baía de Ramah, o chert foi encontrado em depósitos significativos, sendo uma fonte importante para os povos indígenas locais datados de 7 000 anos atrás. Esses depósitos foram explorados por milênios, com o chert de Ramah sendo altamente valorizado e comercializado em vastas regiões da América do Norte em virtude da sua qualidade excepcional. Sua localização remota e as condições extremas do Ártico tornam esses depósitos de chert uma janela única para a compreensão das práticas culturais e comerciais dos antigos habitantes da região.

quado do corpo humano, pois participa da regulação do equilíbrio hídrico, da transmissão de impulsos nervosos e da contração muscular. No entanto, o consumo excessivo pode levar a problemas de saúde, como hipertensão arterial, doenças cardiovasculares e problemas renais. Uma análise do teor de sódio em uma amostra de salgadinho revelou que contém 1 500 mg de sódio a cada 100 g de produto. Com base nessa informação, resolva os itens apresentados.

DAMASIO, Kevin. Rejeitos da barragem de Brumadinho chegam ao São Francisco, diz ONG. National Geographic, 22 mar. 2019. Disponível em: https://www.nationalgeographicbrasil.com/meio -ambiente/2019/03/rejeitos-barragem-vale-brumadinho -paraopeba-sao-francisco. Acesso em: 27 ago. 2024.

a ) Calcule a concentração de sódio em ppm na amostra. b ) Caso uma pessoa consuma uma porção de 30 g, quantos miligramas de sódio terá essa porção?

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Conteúdos

a ) Quantos litros da solução o agricultor deve aplicar para fornecer a quantidade necessária de nitrato de amônio a 10 m 2 de plantação?

6. O sódio é essencial para o funcionamento ade-

[…]

c ) Um agricultor que deseja cultivar peras em sua plantação descobriu que o valor do pH de seu solo é 5,0. Para esse agricultor manter o solo como está, é mais indicado adicionar carbonato de cálcio ou sulfato de alumínio?

b ) Calcule a porcentagem em massa do soluto.

b ) Quantos mols há em uma embalagem de 2 L?

Relatório do SOS Mata Atlântica aponta que lama de rejeitos já atingiu o rio. Agência Nacional de Águas discorda.

+

a ) Calcule o título em massa da solução. c ) Calcule a porcentagem em massa do solvente.

Rejeitos de mineração mais finos, carregados de metais pesados provenientes da barragem que se rompeu em Brumadinho, têm afluído no rio São Francisco. Essa foi a principal constatação da segunda expedição da SOS Mata Atlântica pelo rio Paraopeba, realizada de 8 a 14 de março.

A𝓁𝓁 2 (S O 4) (s) + 12 H 2 O(𝓁𝓁) ⇌ 2 A𝓁𝓁𝓁(OH) (aq) + 3 SO 4 2−(aq) + 6 H 3O (aq)

Para os convidados de honra, pratos e talheres de alumínio. Para os outros, os mais simples, feitos de ouro. […]

aquosa com glicose. Para isso, ele dissolve 50 g de glicose. Com base nos dados fornecidos, determine o que se pede nos itens a seguir.

te muito potente no que diz respeito ao fornecimento de nitrogênio ao solo. Um agricultor que precisa aplicar essa solução tem um frasco com concentração de 0,5 mol/L. Ele deve adicionar ao solo uma quantidade que forneça 0,25 mol de nitrato de amônio por metro quadrado de plantação. Com base nessas informações, responda:

Rejeitos da barragem de Brumadinho chegam ao São Francisco, diz ONG

Por outro lado, solos muito básicos precisam ser corrigidos com substâncias que os tornem mais ácidos. Isso pode ser feito com a adição de sulfato de alumínio (A𝓁𝓁 2(SO 4) ), que, em solução aquosa, sofre a 3 seguinte hidrólise salina:

4. Um farmacêutico prepara 1 kg de uma solução

5. O nitrato de amônio (NH 4NO 3) é um fertilizan-

Rejeitos de mineração no município de Brumadinho (MG), em 2019.

Trator espalhando calcário em pó em uma plantação, a fim de aumentar o valor do pH do solo.

O alumínio é o terceiro elemento químico mais abundante na crosta terrestre, atrás do oxigênio (O) e do silício (Si). No entanto, no início do século XIX, o alumínio era considerado mais valioso do que a prata (Ag). Leia o trecho do texto a seguir.

NÃO ESCREVA NO LIVRO.

1. Um técnico de laboratório preparou 500 mL de

uma solução aquosa de iodeto de potássio (KI). Para isso, ele misturou 205 g desse sal em 430,5 g de água. Determine:

Cada planta se desenvolve melhor em determinados intervalos de pH. Dessa forma, os agricultores precisam constantemente medir e corrigir o pH do solo das plantações. Confira na tabela a seguir a faixa de pH mais adequada para o cultivo de algumas frutas.

ILANA LANSKY/Shutterstock.com

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ATIVIDADES

O pH e a produção de alimentos

Boxe complementar Esse boxe apresenta mais informações sobre o que você está estudando ou outros assuntos que estão relacionados aos conteúdos do capítulo. Nele, você também poderá refletir e expor suas ideias sobre essas informações complementares.

Atividades Nessa seção, por meio de diversos tipos de atividades, você terá a oportunidade de aprofundar seus conhecimentos, recorrendo aos conhecimentos científicos para analisar, investigar, formular e resolver problemas. Algumas dessas atividades permitem relacionar os conteúdos que estudou aos de componentes de outras áreas do conhecimento.

Atividades resolvidas Esse boxe dá dicas e soluções que podem auxiliar a relacionar os conceitos que você estudou à resolução de situações abordadas em algumas atividades.

ATIVIDADES RESOLVIDAS R3. O gás cloro (C𝓁𝓁𝓁2(g)) é altamente tóxico. Quando inalado, reage com a água existente nos pulmões, formando gás cloreto de hidrogênio (HC𝓁𝓁𝓁(g)), capaz de causar graves lesões internas, conforme a seguinte reação: C𝓁𝓁𝓁2(g) + H 2O(g) → HC𝓁𝓁𝓁(g) + HC𝓁𝓁𝓁O(g)

Utilizando os dados do quadro apresentado, calcule a variação de entalpia em kJ/mol da reação entre o gás cloro e a água.

PRÁTICA CIENTÍFICA

Resolução Montando a equação química com as fórmulas estruturais de cada um dos participantes, obtém-se:

Podemos encontrar diversas misturas homogêneas e heterogêneas em nosso cotidiano. O vinagre, por exemplo, utilizado para temperar alimentos, é uma mistura de água e ácido etanoico, também conhecido como ácido acético. Nesse caso, temos uma mistura homogênea. Por outro lado, ao preparar um tempero para salada com vinagre e azeite, temos uma mistura heterogênea, pois os componentes são imiscíveis e formam diferentes fases.

1 · (+ 242) kJ 2 · (+ 463) kJ

∑ ΔH ligações rompidas (reagentes) =

+ 1 168 kJ

ΔH ligações formadas (produtos)

1 mol de ligações C𝓁𝓁𝓁 − O

1 · (− 431) kJ

1 · (− 463) kJ 1 · (− 268) kJ

∑ ΔH ligações formadas (produtos) =

Mistura de azeite e aceto balsâmico sendo preparada.

a ) Considerando a situação a seguir, que apresenta um dos procedimentos do tratamento de água, formule hipóteses sobre a segurança de consumir a água obtida no final da etapa.

− 1 162 kJ

Prática científica

Fazendo o somatório das ligações rompidas e formadas, obtemos a variação de entalpia da reação: ΔH reação = ∑ ΔH ligações rompidas (reagentes) + ∑ ΔH ligações formadas (produtos)

ΔH reação = + 1 168 kJ + ( − 1 162 kJ) = + 6 kJ ∴ ΔH reação = + 6 kJ

A variação de entalpia da reação é igual a + 6 kJ. A reação é endotérmica.

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Essa seção possibilita investigar fenômenos e propriedades por meio da realização de atividades práticas. Nela, você vai elaborar e testar hipóteses, analisar resultados e trocar ideias com os colegas para chegar a uma conclusão. Também poderá divulgar os resultados e as conclusões aos colegas.

Ilustrações: Heloísa Pintarelli/Arquivo da editora

1 mol de ligações H − C𝓁𝓁𝓁 1 mol de ligações H − O

New Africa/Shutterstock.com

Por dentro do contexto

ΔH ligações rompidas (reagentes) 1 mol de ligações C𝓁𝓁𝓁 − C𝓁𝓁𝓁 2 mol de ligações H − O

Imagens desta página sem proporção e em cores fantasia.

Separação de misturas

C𝓁𝓁𝓁 − C𝓁𝓁𝓁 + H − O − H → H − C𝓁𝓁𝓁 + H − O − C𝓁𝓁𝓁

Mistura antes de adicionar floculante.

Impurezas se aglomerando.

Sedimentos no fundo do copo.

Materiais

• 2 colheres de sopa de sal de cozinha

• colher de sopa

• 2 colheres de sopa de serragem de madeira • 2 colheres de sopa de areia de construção

• peneira • filtro de papel

• alguns clipes metálicos

• apoio para filtro

• algumas pedras de construção

• 10 colheres de sopa de água

• caneta permanente

• ímã

• recipiente grande, como uma bacia

• copos plásticos de 200 mL material retido na peneira

Como proceder A. Identifique os copos plásticos com caneta permanente, numerando de 1 a 5. B. No recipiente grande, coloque todos os componentes da mistura e agite com o auxílio da colher. Os componentes da mistura correspondem aos 5 primeiros itens listados na seção Materiais. C. Passe a mistura na peneira e reserve o que foi peneirado no copo plástico identificado como 1. No copo plástico 2, reserve a amostra que ficou retida na peneira.

material peneirado Imagem referente à etapa C.

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LIGADO NO TEMA

CONEXÕES com ... Cerca de 92 elementos químicos conhecidos se formaram naturalmente no Universo. O urânio, com 92 prótons, é o mais pesado desses elementos naturais. Desde 1937, elementos mais pesados que o urânio têm sido sintetizados, apesar de geralmente serem instáveis.

Nos filmes e quadrinhos de ficção, Tony Stark, também conhecido como o super-herói Homem de Ferro, sintetiza um novo elemento químico chamado “badássio” para substituir o paládio em seu reator ARC (um aparelho implantado em seu peito para mantê-lo vivo). Embora essa narrativa seja fascinante e cheia de imaginação, está repleta de limitações e impossibilidades, pois a criação de novos elementos químicos é um processo extremamente complexo e delicado. No mundo real, a produção de novos elementos químicos é um campo de estudo de cientistas em instituições de pesquisa ao redor do mundo, e esses processos ocorrem em equipamentos sofisticados chamados aceleradores de partículas. Atualmente, a tabela periódica contempla elementos até o número atômico 118, que é o oganessônio, o elemento mais pesado.

Após a realização de uma radiografia, é necessário descartar corretamente as chapas de raio-X utilizadas no processo, pois elas contêm substâncias químicas que podem ser perigosas ao meio ambiente se descartadas de maneira inadequada. Um dos principais alertas é o metal pesado prata, que compõe a emulsão fotográfica das chapas. A prata é utilizada em razão de suas propriedades fotossensíveis, mas, se descartada incorretamente, pode contaminar o solo e os lençóis freáticos, prejudicando a saúde dos seres vivos e o meio ambiente.

6G 512

Bósons de calibre Bóson de Higgs

Neutrino Tau

Cartaz da campanha de recolhimento de chapas de raio-X da prefeitura de Ribeirão Pires.

Vinícius Costa/Arquivo da editora

G G

,2G 91 ,4G

2G 4, 77 1,7 >1

5,5

M

Neutrino Múon

W

80

G

1,2 17

27 1,

2, 8M

4M

4,

10 M

M 11

5,7

0,5

10 7M

0

Neutrino Elétron

Quarks Léptons

Bóson Z

–1

ντ

0

Tau

νμ

–

γ Z +/

Múon

νe

0

Elétron

Para evitar esse tipo de contaminação, as chapas de raio-X devem ser descartadas em locais apropriados. Em muitas cidades, pontos de coleta específicos são encontrados em unidades básicas de saúde (UBS) e nas próprias clínicas que realizam os exames. O descarte correto dessas chapas é uma prática que contribui para a proteção do meio ambiente e da saúde pública.

H

Bóson de Higgs

Fóton

–1

τ

3

b Bottom

μ

Glúon –1/

s

Strange

–1

–1

e–

3

3

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g

Top –1/

,2

t

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Down

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c

3 2/

Up –1/

Desde a Antiguidade, o ser humano tem alimentado o desejo de criar e recriar elementos químicos, uma aspiração que ganhou força na época da alquimia, durante a Idade Média (476-1453). Os alquimistas, com suas tentativas de transmutar metais comuns em ouro e descobrir o elixir da vida, lançaram as bases para o desenvolvimento da Química moderna. Essas buscas místicas e experimentações rudimentares abriram caminho para o entendimento das reações químicas e da natureza dos elementos. Ao longo dos séculos, o conhecimento acumulado pela alquimia e, posteriormente, pela ciência moderna levou ao desenvolvimento de tecnologias avançadas, como os aceleradores de partículas. Esses dispositivos permitiram aos cientistas modernos atingir energias necessárias para sintetizar elementos que não ocorrem naturalmente, fazendo avançar o entendimento da matéria e do Universo.

u

3 2/

A ideia de criar um elemento como o badássio seria uma tarefa bastante complexa. Qualquer elemento hipotético mais pesado que o oganessônio seria extremamente instável, decompondo-se quase instantaneamente após sua criação. Isso acontece porque, à medida que os elementos se tornam mais pesados, o núcleo deles se torna mais propenso a se desintegrar por causa da força de repulsão eletrostática entre os prótons. Um exemplo dessa complexidade é a descoberta do nihônio, de número atômico 113. Os cientistas conseguiram obter apenas três átomos em 15 anos de pesquisas, que existiram por um período extremamente curto.

3 2/

Os aceleradores de partículas não são usados apenas para criar elementos; eles também são fundamentais para a Física de Partículas, que estuda as partículas mais básicas que compõem a matéria. Elas são descritas pela teoria do modelo-padrão e incluem quarks, que se juntam para formar prótons e nêutrons; léptons, como os elétrons, que circulam em torno dos núcleos atômicos; e bósons, partículas que medeiam as forças fundamentais, como o fóton (mediador de força eletromagnética) e o glúon (mediador da força forte, que mantém as partículas do núcleo atômico juntas).

Personagem Tony Stark com o reator fictício em seu corpo.

4M

Vista superior do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron, que tem um acelerador de partículas, no município de Campinas (SP), em 2022.

0,1

Paramount/Courtesy Everett Collection/Fotoarena

O sistema de saúde e o exame radiográfico A radioatividade desempenha um papel fundamental na Medicina, sobretudo na obtenção de imagens por meio dos raios X. Esses exames são fundamentais para diagnosticar várias condições de saúde e são acessíveis no Brasil graças ao Sistema Único de Saúde (SUS). Instituído pela Constituição Federal de 1988, o SUS garante o direito à saúde a todos os brasileiros, proporcionando acesso gratuito a consultas médicas, exames, como as radiografias, tratamentos e remédios. Ele é o maior sistema público de saúde do mundo e assegura a quem não pode pagar por serviços privados o acesso a cuidados médicos.

Edson Grandisoli/Pulsar Imagens

Formação de novos elementos químicos: entre a ficção e a realidade

carga massa

Bóson W

Partículas do modelo padrão.

Além disso, o avanço da Ciência e da tecnologia tem proporcionado alternativas mais modernas, como o raio-X digital, que não utiliza chapas físicas e gera imagens mais detalhadas. Esse método, além de utilizar uma menor dose de radiação, gera imagens de forma digital, sem necessitar das chapas contendo prata, o que reduz a utilização desse metal e facilita o armazenamento e o compartilhamento dos resultados entre os profissionais de saúde. No entanto, enquanto o exame tradicional ainda for amplamente utilizado, é importante que a população seja conscientizada sobre a importância do descarte correto das chapas de raio-X, garantindo que o acesso à saúde continue alinhado com a preservação do meio ambiente e a sustentabilidade.

Fonte de pesquisa: CAIRES, Luiza. Maior acelerador de partículas do mundo passa por um upgrade. O que vem por aí? Jornal da USP, 26 ago. 2019. Disponível em: https://jornal.usp. br/ciencias/ciencias-exatas-e-da-terra/maior-acelerador-de-particulas-do-mundo-passa-por -um-upgrade-o-que-vem-por-ai/. Acesso em: 31 jul. 2024.

Por exemplo, o Large Hadron Collider (LHC), na CERN (Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear), é o maior e mais poderoso acelerador de partículas do mundo. Foi no LHC que os cientistas detectaram o bóson de Higgs, partícula que confere massa a outras partículas.

a ) Qual é o papel do Sistema Único de Saúde (SUS) em relação ao acesso a exames de radiografia no Brasil? b ) Por que é importante descartar corretamente as chapas de raio-X após uma radiografia? Quais são as consequências ambientais do descarte inadequado?

a ) Qual é a importância de equipamentos de pesquisa avançados para a ciência, como os aceleradores de partículas?

Os elementos químicos sintéticos produzidos em aceleradores de partículas resultam da colisão dos núcleos de átomos a velocidades extremamente altas. Esses aceleradores utilizam campos magnéticos e elétricos para impulsionar partículas, como prótons e íons, a energias suficientemente altas para que possam colidir e formar novos núcleos atômicos.

Secretaria de Meio Ambiente, Habitação e Desenvolvimento Urbano/ Prefeitura Municipal da Estância Turística de Riberião Pires

FÍSICA

c ) Como o avanço da tecnologia, a exemplo do raio-X digital, pode contribuir para a sustentabilidade e a saúde pública? Discuta com seus colegas e registre suas conclusões no caderno.

b ) Você conhece alguma contribuição direta dos aceleradores de partículas para a sociedade? Se necessário, faça uma pesquisa.

66

317

67

05/11/2024 15:56:45 05/11/2024 15:20:05

05/11/2024 15:20:06

Conexões com…

Ligado no tema

Essa seção reforça as conexões entre alguns conteúdos que você estudou e outros componentes curriculares da área de Ciências da Natureza e suas Tecnologias, além de componentes de outras áreas de conhecimento.

Nessa seção, você poderá refletir e conversar com os colegas sobre temas relevantes na sociedade, percebendo como os conhecimentos científicos estão presentes e influenciam nosso cotidiano. Alguns dos temas abordados nessa seção permitem uma reflexão sobre aspectos que envolvem valores, direitos e cidadania.

MAIS QUESTÕES

NÃO ESCREVA NO LIVRO.

1. (UFAM) Os alquimistas eram os cientistas que utilizaram os procedimentos de alquimia. Qual cientista famoso também foi um alquimista? a ) Freeman Dyson b ) Johannes Kepler

d ) ferro.

b ) bronze.

e ) titânio.

c ) chumbo. Note e adote: Densidades (g/cm 3):

água = 1,0; alumínio = 2,7; bronze = 8,8;

1

a ) da força vital.

identificar alguns cátions metálicos ao introduzir uma pequena quantidade do material de interesse em uma chama de bico de Bunsen para, em seguida, observar a cor da luz emitida. A cor observada é proveniente da emissão de radiação eletromagnética ao ocorrer a a ) mudança da fase sólida para a fase líquida do elemento metálico.

b ) da colisão. c ) do calórico.

propriedades das substâncias: a densidade e a temperatura de ebulição.

Temperatura de ebulição asfalto/piche > óleos lubrificantes > >diesel > querosene > gasolina > >gás liquefeito de petróleo

b ) combustão dos cátions metálicos provocada pelas moléculas de oxigênio da atmosfera.

d ) do flogisto.

3. (Fuvest-SP) Uma amostra sólida, sem cavidades

ou poros, poderia ser constituída por um dos seguintes materiais metálicos: alumínio, bronze, chumbo, ferro ou titânio. Para identificá‐la, utilizou‐se uma balança, um recipiente de volume constante e água. Efetuaram‐se as seguintes operações: 1) pesou‐se a amostra; 2) pesou‐se o recipiente completamente cheio de água; 3) colocou‐se a amostra no recipiente vazio, completando seu volume com água e determinou‐se a massa desse conjunto. Os resultados obtidos foram os seguintes: Recipiente Recipiente

+

+

Água

Água

c ) diminuição da energia cinética dos elétrons em uma mesma órbita na eletrosfera atômica.

+

FUVEST/2019

Dadas as densidades da água e dos metais, pode‐se concluir que a amostra desconhecida é constituída de

Conheça mais Coluna de fracionamento.

9. Considerando um sistema formado por uma substância composta e duas substâncias simples distintas, resa ) Represente o sistema microscópico por meio de moléculas formadas por bolinhas com diferentes cores.

conhecidas de nióbio no mundo. O nióbio é muito utilizado na produção de aços especiais, que apresentam alta resistência mecânica e são usados na fabricação de dutos para óleo e gás, automóveis, navios, pontes e viadutos.

I ) Está localizado no Grupo 10 e no quarto período da tabela periódica.

389,0 g

I.

III ) Pode ser classificado como um lantanídeo.

Para ler

Sabendo que gás de cozinha, gasolina, querosene e asfalto são produtos da destilação fracionada do petróleo, relacione-os com os produtos recolhidos em I, II, III e IV.

e ) promoção dos elétrons que se encontram no estado fundamental de energia para níveis mais energéticos.

5. (UFRGS-RS) O Brasil concentra 98% das reservas

II ) Apresenta em um de seus isótopos, 41 prótons e 52 nêutrons no núcleo atômico.

350,0 g

petróleo bruto

Imagem sem proporção e em cores fantasia.

II. III. IV.

d ) transição eletrônica de um nível mais externo para outro mais interno na eletrosfera atômica.

Considere as afirmações abaixo, sobre esse elemento químico.

Amostra

44,0 g

8. A coluna de fracionamento presente na destilação fracionada tem seu funcionamento baseado em duas

Química geral em quadrinhos, de Larry Gonick e Craig Criddle. São Paulo: Blucher, 2014. Esse livro apresenta conceitos de Química de maneira leve. Elaborado pelo cartunista Larry Gonick e pelo químico e professor universitário Craig Criddle, contribui para uma aprendizagem divertida, explorando os conteúdos didaticamente e com humor, sem renunciar ao rigor científico.

ponda aos itens a seguir.

b ) Faça uma representação macroscópica considerando que todas as substâncias são líquidas e que elas formam uma mistura heterogênea.

A origem dos elementos químicos: uma abordagem inicial, de Antonio Manuel Alves Morais. 2. ed. São Paulo: Livraria da Física, 2010. Esse livro retrata a origem dos elementos químicos desde a apresentação do conceito de átomo até o momento em que eles deram forma às primeiras substâncias químicas na Terra. De que são feitas as coisas, de Mark Miodownik. São Paulo: Blucher, 2015. A obra responde a perguntas comuns com relação à composição química de materiais, objetos e alimentos, além das principais diferenças entre produtos compostos pelas mesmas substâncias, como o fato de o diamante e o grafite serem diferentes, apesar de feitos de carbono.

RETOME O QUE ESTUDOU Refletindo sobre o que estudou nesta unidade, responda às questões a seguir.

1. Qual é a diferença entre o senso comum e o conhecimento científico? feitos, como a transformação de metais em ouro. Qual foi a contribuição dessas figuras históricas para o nascimento da química?

3. Imagine que você vai até a farmácia comprar um remédio para um familiar. Enquanto aguarda ser atendido, você

O livro da química. São Paulo: Globo Livros, 2022. Nesse livro, conteúdos relacionados à química são apresentados em uma linguagem acessível, composta de infográficos, fluxogramas e ilustrações que auxiliam no processo de aprendizagem de teorias complexas.

O visor da balança apresentaria o dado mencionado pelo cliente? Explique qual seria o termo mais adequado nesse contexto.

a ) Apenas I. b ) Apenas II.

4. Uma das grandes preocupações que o ser humano enfrenta nos tempos atuais é o aquecimento global. Esse

c ) Apenas III.

Meio ambiente & química, de Pérola de Castro Vasconcellos. São Paulo: Senac, 2013. Nesse livro, a autora explora a relação entre a Química e o meio ambiente com uma abordagem que relaciona as substâncias químicas e os impactos ambientais que elas podem causar.

fenômeno é, resumidamente, o agravamento do efeito estufa. Explique com suas palavras o que é o efeito estufa e comente como ocorre a troca de energia entre o Sol e o planeta Terra.

d ) Apenas I e II. e ) I, II e III.

5. O astrônomo estadunidense Carl Sagan (1934-1996) afirmou certa vez que todos somos poeiras de estrelas. 6. Comente a respeito das contribuições do experimento do físico neozelandês Ernest Rutherford (1871-1937) para a compreensão da estrutura do átomo e explique o seu modelo.

7. A tabela periódica é dividida em metais, ametais, gases nobres e hidrogênio. Descreva as principais caracte05/11/2024 15:23:48

Mais questões Nessa seção, você entrará em contato com questões dos principais exames de larga escala do Brasil que abordam alguns conteúdos estudados na unidade. Além de retomar esses conteúdos, você terá a oportunidade de se familiarizar com as estruturas de atividades comumente praticadas nesses exames.

Capa do livro O sonho de Mendeleiev.

O último suspiro de César: a história épica do ar à nossa volta, de San Kean. Rio de Janeiro: Zahar, 2019. Livro que traz histórias, curiosidades e tecnologias que envolvem substâncias e compostos gasosos. Com isso, o autor leva o leitor a refletir sobre como o conhecimento a respeito desses materiais que geralmente não vemos influencia o cotidiano e a história.

Explique o que essa frase significa.

102

Capa do livro Química geral em quadrinhos.

O sonho de Mendeleiev: a verdadeira história da Química, de Paul Strathern. Rio de Janeiro: Zahar, 2002. Esse livro faz uma retrospectiva da história da Ciência e da Química, dando ênfase à forma como Mendeleiev passou a visualizar um novo modo de organizar os elementos químicos na tabela periódica. O autor aborda também a maneira como Mendeleiev previu quais elementos preencheriam as lacunas até então observadas na tabela periódica.

2. Antes da instituição da química como ciência, havia os alquimistas, responsáveis por tentar atingir grandes

escuta um cliente perguntando para uma funcionária onde estava a balança da loja, pois queria saber o peso dele.

Quais estão corretas?

Editora Blucher

(1758-1836), colaboradora de Lavoisier, seu esposo, teve lições de química com Jean-Batiste Bucquet, desenhou seus equipamentos de laboratório e traduziu do inglês e do latim livros que possibilitaram a desconstrução da teoria

4. (Enem/MEC) Um teste de laboratório permite

Heloísa Pintarelli/Arquivo da editora

2. (UECE) Marie-Anne Pierrete Paulze de Lavoisier

UNIDADE

chumbo = 11,3; ferro = 7,9; titânio = 4,5.

e ) Richard Bube

Editora Zahar

d ) Le Chatelier

Editora Zahar

c ) Isaac Newton

Amostra

a ) alumínio.

Corrosão, de Vicente Gentil. 7. ed. São Paulo: LTC, 2022.

rísticas dos elementos químicos em cada uma dessas divisões da tabela periódica.

Os princípios de corrosão são abordados nesse livro, que é uma referência para estudantes e profissionais da área. A obra aborda o fenômeno de oxidação de materiais, técnicas eletroquímicas de proteção de superfícies, entre outros conteúdos.

8. Analisando os diferentes modelos atômicos e a evolução da tabela periódica, o que você pode perceber e correlacionar sobre o átomo e essa tabela?

Para assistir

9. É possível fazer um creme de maionese com óleo ou azeite, ovos e sal de cozinha. Como você constataria que essa mistura se trata de um coloide? Indique se as fases são sólidas, líquidas ou gasosas.

101

05/11/2024 15:23:20

Retome o que estudou Nessa seção, localizada ao final de cada unidade, você fará uma autoavaliação do que aprendeu ao estudar os conteúdos da unidade, retomando alguns conceitos abordados.

Química: uma história volátil. Direção de Ros Homan. Reino Unido: BBC, 2010 (60 min). Esse documentário, dividido em três partes e apresentado pelo professor de Física Capa do livro O último suspiro Jim Al-Khalili, mostra a história de como os elementos químicos foram descobertos de César. e classificados ao seguir os passos dos primeiros cientistas envolvidos nessa tarefa. Também apresenta como o êxito em controlar e combinar os elementos químicos impacta a sociedade moderna. Paraíso sujo. Direção de Daniel Schweizer. Suíça/França: Dschoint Ventschr Film Produktion AG/Maha Productions, 2009 (76 min). Documentário que conta a história do garimpo de ouro na fronteira da Guiana Francesa com o Suriname. Os garimpeiros instalados em meio à floresta despejam nos rios todo o mercúrio utilizado para separar o ouro da areia. Além dos impactos ambientais, como a contaminação da água e a mortalidade de peixes, o uso indiscriminado do mercúrio e seu descarte inadequado causam muitos problemas à população indígena, que sofre, por exemplo, com deformações físicas e doenças neurológicas em razão da absorção desse elemento.

439

05/11/2024 15:53:56

Conheça mais Nessa seção, há indicações de referências complementares, como filmes, livros e sites, que abordam temas que você estudou nas unidades do volume.

5

05/11/2024 17:31:49

Respostas Confira a seguir as respostas das atividades que envolvem cálculos.

Unidade 1 A Química e a matéria do Universo Capítulo 2 Páginas 28 a 36

2. d = 2,7 g · mL −1 ou 2,7 g · cm −3 m Ca (g) 4. n Ca = ____________ 40,08 g · mol −1 8. m co2 = 7,31 · 10 −23 g m H2 = 3,98 · 10 −23 g m O 2 = 5,32 · 10 −23 g Página 81

6. 300 cm 3 8. A densidade do cubo de gelo é 0,90 g/cm 3. Página 37 h ) 0,2 dm 3 i ) 373 K j ) 77 °C k ) 3 000 s l ) 20 min m) 120 min n) 4h

1. a ) 3 000 m b ) 2,5 · 10 6 mm c ) 4,5 · 10 5 cm d ) 31 146 cm 2 e ) 3,5 · 10 −6 m 2 f ) 3 000 dm 3 g ) 450 800 cm 3 3

2. a ) 2,3 · 10 b ) 4,0 · 10 −4 c ) 1,8 · 10 11 d ) 3,14 · 10 −13

17. A 40 °C, a solubilidade, em g/100 g de H 2O, do KC𝓁𝓁O 3 é ≃ 15; do NaC𝓁𝓁 é ≃ 35; e do KNO 3, ≃ 60. A 20 °C, a solubilidade do KC𝓁𝓁O 3 é ≃ 8; do NaC𝓁𝓁, ≃ 35; e do KNO 3, ≃ 30. 7. a ) A solubilidade do NaNO 3 a 10 °C é ≃ 80 g/100 g de H 2O. b ) A solubilidade do KC𝓁𝓁 a 70 °C é ≃ 50 g/100 g de H2O. Já a solubilidade do KC𝓁𝓁 a 50 °C é ≃ 40 g/100 g de H 2O. c ) A solubilidade do KC𝓁𝓁 a 30 °C é ≃ 35 g/100 g de H2O. Páginas 102 a 105

4. A massa da solução é 460 g e o volume é 800 cm 3. 5. 2 · P.

8. a ) 10 9

3. Alternativa b. 7. Alternativa c. 8. Alternativa b.

Unidade 2 A Química e a vida na Terra Capítulo 8

b ) 10 −22

Página 149

6

d ) 10 2

3. Alternativa b.

e ) 10 14

MAIS QUESTÕES

f ) 10 −4

Páginas 172 a 175 1. Alternativa c.

Capítulo 3 Páginas 55 e 56 9. a ) n = 3 b ) 𝓁𝓁 = 0

c ) m𝓁𝓁 = 0 d ) 1 elétron.

10. Alternativa b. 2

WELLER, Mark et al. Química inorgânica. Tradução: Cristina Maria Pereira dos Santos e Roberto de Barros Faria. Porto Alegre: Bookman, 2017. Esse livro apresenta situações do cotidiano relacionadas a conceitos e aplicações da área de Química inorgânica. Também trata de nomenclaturas e traduções de compostos inorgânicos seguindo as recomendações da IUPAC.

Páginas 86 e 87

MAIS QUESTÕES

6. a ) Massa na Terra: 500 g. Massa na Lua: 500 g. b ) Peso na Terra: 4,9 N. Peso na Lua: 0,8 N.

2

SOLOMONS, T. W. Graham; FRYHLE, Craig B. Química orgânica. Tradução: Edilson Clemente da Silva et al. 12. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2018. 2 v. Coleção que aborda aspectos gerais e específicos das principais funções orgânicas presentes na Química, como nomenclatura, estruturas, aplicações e reações.

9. 12,04 · 10 23 moléculas.

4. Na Terra: 735 N. Na Lua: 120 N.

c ) 10

SKOOG, Douglas A. et al. Fundamentos de química analítica. Tradução: Robson Mendes Matos. 3. ed. São Paulo: Cengage Learning, 2023. É um livro introdutório que aborda tópicos como equilíbrio químico, métodos de análise, métodos eletroquímicos, cinética e aspectos práticos da Química analítica. Além disso, apresenta a construção de planilhas, exemplos e exercícios.

Página 77

6

2

6

11. 1s 2s 2p 3s 3p 4s

1

Capítulo 4 Página 60 1. c ) Alternativas I e II.

Capítulo 5 Página 70 1. A proporção é de dois átomos de hidrogênio.

IUPAC. Disponível em: https://iupac.org/. Acesso em: 23 out. 2024. Site da União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC), onde é possível ter acesso a diversos materiais de referência química, como nomenclaturas, livros, artigos e tabela periódica.

Sites

NASA. Disponível em: https://www.nasa.gov/. Acesso em: 23 out. 2024. Site com diversas informações sobre espaço, planetas e tecnologias.

BRASIL. Ministério da Justiça. Lei nº 8.069, de 13 de julho de 1990. Disponível em: http://www.planalto.gov. br/ccivil_03/leis/l8069.htm. Acesso em: 23 out. 2024. O Estatuto da Criança e do Adolescente está disponível nesse site.

QUÍMICA Nova na Escola. Disponível em: http://qnesc. sbq.org.br/edicao.php. Acesso em: 23 out. 2024. Site da revista da Sociedade Brasileira de Química, que publica artigos de formação e atualização da comunidade de ensino de Química no Brasil.

BRASIL. Ministério da Educação. Base Nacional Comum Curricular. Versão final. Brasília: MEC, 2018. Disponível em: http://basenacionalcomum.mec.gov. br/. Acesso em: 23 out. 2024. O site apresenta a Base Nacional Comum Curricular

EDUCATION: Inspiring your Teaching and Learning. Disponível em: https://edu.rsc.org/. Acesso em: 22 out. 2024. Site elaborado pela Royal Society of Chemistry, contém artigos e materiais de suporte, além de inspiração para profissionais do ensino de Química.

Enem: Exame Nacional do Ensino Médio Famerp: Faculdade de Medicina de São José do Rio Preto Fuvest: Fundação Universitária para o Vestibular FMJ: Faculdade de Medicina de Jundiaí FMRP: Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto ITA: Instituto Tecnológico de Aeronáutica UAM: Universidade Anhembi-Morumbi Udesc: Universidade do Estado de Santa Catarina UEA: Universidade do Estado do Amazonas UECE: Universidade Estadual do Ceará UEL: Universidade Estadual de Londrina

transformações na Terra Capítulo 10 Página 182 3. Situação A: 3 L; Situação B: aproximadamente 3 L; Situação C: 5 L. Páginas 193 e 194 5. a ) Mar Morto (Oriente Médio): 101,39 °C. Rio de Janeiro: aproximadamente 100 °C. Brasília: aproximadamente 96,44 °C. La Paz: aproximadamente 88,34 °C. Monte Everest: aproximadamente 71,32 °C.

UEM: Universidade Estadual de Maringá UEPG: Universidade Estadual de Ponta Grossa UERJ: Universidade do Estado do Rio de Janeiro UFAM: Universidade Federal do Amazonas UFPR: Universidade Federal do Paraná UFRGS: Universidade Federal do Rio Grande do Sul UFSC: Universidade Federal de Santa Catarina Unesp: Universidade Estadual Paulista Unicamp: Universidade Estadual de Campinas Unifesp: Universidade Federal de São Paulo Unip: Universidade Paulista

448

04/11/2024 16:59:46

04/11/2024 17:01:09

Respostas

Lista de siglas

Nessa seção, você tem as respostas das atividades que envolvem cálculos. Isso pode auxiliar na realização dessas atividades e em seus estudos.

Nessa seção, há o significado das siglas citadas no volume.

ATKINS, Peter W.; PAULA, Júlio de. Físico-química. Tradução: Edilson Clemente da Silva et al. 8. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2008. 2 v. Coleção consagrada da área de Físico-química que aborda detalhadamente assuntos como termodinâmica, estrutura atômica e cinética química. Oferece explicações didáticas, exemplos, ilustrações e atividades integradas. BACICH, Lilian; TANZI NETO, Adolfo; TREVISANI, Fernando de Mello (org.). Ensino híbrido: personalização e tecnologia na educação. Porto Alegre: Penso, 2015. O livro apresenta possibilidades de integração entre as tecnologias digitais e o currículo escolar, auxiliando para que haja mais engajamento dos estudantes no aprendizado por meio de intervenções efetivas. BAIRD, Colin; CANN, Michael. Química ambiental. Tradução: Marco Tadeu Grassi et al. 4. ed. Porto Alegre: Bookman, 2011. O livro aborda a Química voltada para a questão ambiental do ar, do solo e da água. Também aborda aspectos da Química Verde, ramo que visa reduzir a poluição ambiental. BROWN, Theodore L. et al. Química: a ciência central. Tradução: Eloiza Lopes, Tiago Jonas e Sonia Midori Yamamoto. 13. ed. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2016. Livro que trabalha a Química geral, aproximando-a da realidade do dia a dia. Apresenta os conteúdos fundamentais com uma abordagem clara e objetiva. CARVALHO, Anna Maria Pessoa de et al. (org.). Ensino de ciências: unindo a pesquisa e a prática. São Paulo: Cengage Learning, 2004. Mostrando as relações entre Ciência, tecnologia e sociedade, esse livro traz sugestões de práticas e abordagens para o ensino que colaboram para a construção dos conhecimentos científicos junto a um currículo e programa atualizados. CHANG, Raymond; GOLDSBY, Kenneth A. Química. 11. ed. Porto Alegre: AMGH, 2013.

COMPARTILHE IDEIAS: Esse boxe proporcionará a você a oportunidade de conversar com os colegas sobre diversos assuntos relacionados aos conteúdos que está estudando. Após a atividade proposta, você e seus colegas poderão divulgar suas ideias para a comunidade escolar e para fora da escola. DICA: Nesse boxe, há informações importantes que podem ajudá-lo na compreensão dos conteúdos e na realização das atividades sugeridas. CUIDADO: Quando encontrar esse boxe, fique atento aos cuidados sugeridos, principalmente na realização das atividades práticas.

Referências bibliográficas comentadas ATKINS, Peter W.; JONES, Loretta; LAVERMAN, Leroy. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. 7. ed. Porto Alegre: Bookman, 2018. Esse livro apresenta os fundamentos da Química de forma clara e precisa, mostrando-a como um tema dinâmico e atual. Conta com diversas ferramentas pedagógicas e sua leitura contribui para a compreensão do componente curricular de Química de forma contextualizada ao relacionar as ideias químicas fundamentais às suas aplicações.

Neste volume, você também vai encontrar diversos boxes, como:

Siglas 2. Alternativa d.

Unidade 3 Matéria, energia e as

441

Livros

Boxes

seguida pelo livro, definindo o conjunto de aprendizagens essenciais que os estudantes devem desenvolver durante a Educação Básica.

INMETRO. Sistema Internacional de Unidades – SI. Disponível em: https://www.gov.br/inmetro/pt-br/ centrais-de-conteudo/publicacoes/documentos -tecnicos-em-metrologia/si_versao_final.pdf/view. Acesso em: 29 out. 2024. Tradução luso-brasileira das recomendações do Sistema Internacional de Unidades da 9ª edição, que define nomes, símbolos e unidades de medidas.

Livro de Química geral, com diversos exemplos e resolução de exercícios que instigam o leitor a resolver problemas do mundo real baseados em hipóteses adequadas.

FILATRO, Andrea; CAVALCANTI, Carolina Costa. Metodologias inov-ativas na educação presencial, a distância e corporativa. 2. ed. São Paulo: Saraiva Educação, 2023. Esse livro esclarece os principais aspectos das inovações em educação por meio de metodologias ativas de ensinoaprendizagem, apresentando casos práticos e estratégias.

Referências bibliográficas comentadas

GAUTO, Marcelo Antunes; ROSA, Gilber Ricardo. Processos e operações unitárias da indústria química. Rio de Janeiro: Editora Ciência Moderna, 2011. Livro que aborda os principais processos e operações unitárias que ocorrem nas indústrias químicas por meio de esquemas, figuras e fluxogramas explicativos, incluindo tópicos sobre separação de misturas. HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos de física: óptica e física moderna. 10. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2016. v. 4. Livro que apresenta conceitos e fundamentos de Física moderna por meio de teoria e exercícios ligados a aplicações práticas do mundo real.

Nessa seção, você encontrará as principais obras consultadas na elaboração do volume, com breve comentário a respeito de cada uma delas.

HAYNES, William M. (ed.). CRC Handbook of chemistry and physics. 97. ed. Londres: CRC Press, 2017. Sendo uma referência científica utilizada pelas comunidades científica e técnica, esse livro contém uma reunião de propriedades e informações acerca de aspectos físicos e químicos de diversas substâncias e compostos. HEWITT, Paul G. Física conceitual. 12. ed. Porto Alegre: Bookman, 2015. Esse livro proporciona o ensino do tema com textos atraentes e bem-humorados e muitas ilustrações, visando construir um sólido conhecimento em relação a diversos assuntos da Física, como radioatividade e comportamento de partículas e ondas. KOTZ, John C. et al. Química geral e reações químicas. Tradução: Noveritis do Brasil. 9. ed. São Paulo: Cengage Learning, 2015. 2 v. Mostra a relação entre as observações químicas e físicas em laboratório e na natureza, denotando a dinamicidade da Química. NELSON, David L.; COX, Michael M. Princípios de bioquímica de Lehninger. Tradução: Ana Beatriz Gorini da Veiga et al. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2014. Obra que apresenta uma visão clara e abrangente da Bioquímica, oferecendo explicações de como conceitos dessa área estão presentes na indústria, na medicina, na agricultura e em outros setores.

447

VOCABULÁRIO: Nesse boxe, há o significado de alguns termos destacados nos textos, o que vai ajudá-lo na compreensão dos conteúdos. MEDIDA: Nesse boxe, há as medidas dos seres vivos e as dimensões e distâncias aproximadas de astros do Universo citados nos capítulos.

04/11/2024 16:59:46

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

vídeo

podcast

carrossel de imagens

infográfico

mapa clicável

6

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SUMÁRIO

Unidade 1 A Química e a matéria do Universo. . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Capítulo 1 A ciência moderna. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 O nascimento da ciência moderna. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Ligado no tema - O conhecimento científico e o conhecimento tradicional. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Atividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 Mulheres na ciência. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Ligado no tema - Divulgação científica. . . . . . . . . . . . . . 26 Atividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 Capítulo 2 Conceitos iniciais de Química.. . . . . . . . . . . 28 Grandezas físicas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 Massa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 Peso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 Volume. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 Densidade. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Pressão. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Temperatura e calor.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

Números em notação científica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 Ordem de grandeza.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

Atividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 Capítulo 3 A matéria. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 O estudo da matéria. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 Origem dos elementos químicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 Distribuição dos elementos químicos. . . . . . . . . . . . . . . . . 41 A estrutura da Terra. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

Atividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 Capítulo 4 Organização dos elementos químicos.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 Desenvolvimento da tabela periódica. . . . . . . . . . . . . . . . 57 As primeiras tabelas periódicas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

Atividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 A tabela periódica atual. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 Estrutura da tabela periódica dos elementos químicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 Classificação dos elementos químicos. . . . . . . . . . . . . . . . 63

Conexões com… Física - Formação de novos elementos químicos: entre a ficção e a realidade. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 Atividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 Capítulo 5 Substâncias e misturas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 Substâncias simples e compostas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 Substância simples.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 Substância composta. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 Propriedades das substâncias. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 Massas atômicas e massas moleculares.. . . . . . . . . . . . . . 73

Quantidade de matéria e massa molar. . . . . . . . . . . . . . . 75 Atividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 Misturas.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 Misturas homogêneas e heterogêneas. . . . . . . . . . . . . . . 80 Dispersões coloidais. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

Atividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 Separação de misturas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

Atividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Teorias atômicas.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 Conexões com… Filosofia - O atomismo.. . . . . . . . . . 45

Separação de misturas heterogêneas. . . . . . . . . . . . . . . . . 89 Outras técnicas de separação. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 Separação de misturas homogêneas. . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 A química e o saneamento básico.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

Teoria atômica de Dalton. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 Teoria atômica de Thomson. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 Teoria atômica de Nagaoka.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 Teoria atômica de Rutherford. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 Teoria atômica de Bohr. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 A teoria atômica atual. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

Ligado no tema - O custo da água. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 Prática científica - Separação de misturas. . . . . . . . . . 98 Atividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 Retome o que estudou. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 Mais questões.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

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Unidade 2 A Química e a vida na Terra. . . . . . . . . . . . . 106 Capítulo 6 A união dos átomos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 Ligações químicas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 Ligado no tema - Consumo consciente. . . . . . . . . . . . 109 Ligação iônica.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 Ligação covalente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 Ligação metálica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 Classificações de ligações químicas. . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 Representação de estruturas químicas. . . . . . . . . . . . . 116 Prática científica - Conduzindo corrente elétrica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 Atividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 Capítulo 7 As interações entre as moléculas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

Capítulo 9 Funções orgânicas II.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 Funções oxigenadas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 Álcool. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 Aldeídos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 Cetona. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 Fenol. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 Éter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 Ácido carboxílico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 Éster e enol. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156

Conexões com… Biologia - Glicose no sangue. . . 158 Atividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 Funções nitrogenadas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 Amina.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 Amida.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164

Isomerias. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 Isomeria constitucional. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 Estereoisomeria.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

Prática científica - A tensão superficial da água.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

Atividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169

Geometria molecular. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

Retome o que estudou. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171

Conexões com… Matemática - Geometria molecular, figuras geométricas e ângulos. . . . . . . . . . 125

Mais questões.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172

Polaridade.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 Atividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 Interações ou forças intermoleculares. . . . . . . . . . . . . . 128

Unidade 3 Matéria, energia e as transformações na Terra. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176

Ligações de hidrogênio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

Capítulo 10 Transformações da matéria. . . . . . . . . . 178 Estudando os estados de agregação da matéria.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 Atividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 Transformações físicas.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183

Ligado no tema - Materiais hidrofóbicos e a segurança no trânsito. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132

Pressão de vapor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 Diagrama de fases de uma substância. . . . . . . . . . . . . . 189

Atividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134

Transformações químicas.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 Ligado no tema - A cerâmica das mulheres indígenas da etnia Baniwa.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192 Atividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 Leis ponderais. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195

Dipolo induzido-dipolo induzido. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 Dipolo permanente-dipolo permanente. . . . . . . . . . . 130 Íon-dipolo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

Capítulo 8 Funções orgânicas I.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 Introdução à Química Orgânica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 Propriedades dos compostos orgânicos. . . . . . . . . . . . 139 Classificação das cadeias carbônicas. . . . . . . . . . . . . . . . 141

Atividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 Hidrocarbonetos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 Nomenclatura de hidrocarbonetos. . . . . . . . . . . . . . . . . . 146

Atividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149

Conservação da matéria. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 Primeira lei ponderal: lei da conservação das massas.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 Segunda lei ponderal: lei das proporções constantes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198

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Atividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 Capítulo 11 Soluções e propriedades coligativas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 Concentrações de soluções. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 Concentração em massa (​C​). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201 Porcentagem em massa de soluto (​% m /m​). . . . . . 202 Título em massa (​τ)​. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203 Concentração em partes por milhão (​ppm​) e em partes por bilhão (​ppb​).. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203 Concentração em quantidade de matéria (​c​). . . . . . 204 Concentração em ​mol/kg​(​Ⱳ)​. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 Concentração de íons em ​mol/L​. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206

Atividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 Fração em quantidade de matéria. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 Relações entre algumas concentrações de soluções. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210

Diluição de soluções. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 Mistura de soluções.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 Mistura de soluções que não reagem entre si. . . . . 213

Atividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216 As propriedades coligativas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217 Diminuição da pressão de vapor (tonoscopia). . . . 219 Elevação da temperatura de ebulição (ebulioscopia). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 Diminuição da temperatura de congelamento (crioscopia). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223 Osmose e pressão osmótica.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224

Atividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 Capítulo 12 Quantidade e proporção de matéria. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232 Cálculo estequiométrico.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232 Balanceamento das equações químicas. . . . . . . . . . . . 233 Relação entre massas.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234 Relação entre matéria e volume.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 Fórmulas químicas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236

Atividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237 Rendimento das reações químicas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238 Reagente limitante e em excesso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239 Pureza dos reagentes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241

Conexões com… História - Fritz Haber, entre o Nobel e a guerra. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242

Química Verde. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243 Prática científica - Quantidade de matéria. . . . . . . 244 Atividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246 Capítulo 13 Termoquímica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247 Entalpia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247 Variação de entalpia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249 Entalpia de formação. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252 Energia de ligação.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254 Lei de Hess.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257

Ligado no tema - Como o petróleo salvou as baleias cachalotes.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258 Atividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259 Retome o que estudou. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261 Mais questões.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262

Unidade 4 Energia e transformações na sociedade. . . . . . . . . . . . . . 266 Capítulo 14 Eletroquímica.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268 A invenção da pilha. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268 Prática científica - A pilha de Alessandro Volta. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269 Funcionamento de pilhas e baterias. . . . . . . . . . . . . . . . . 269 Número de oxidação.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270 Agente redutor e agente oxidante. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272 Balanceamento de reações de oxirredução. . . . . . . . 272

Pilha de Daniell. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273 Diferença de potencial ou força eletromotriz. . . . . . 275 O eletrodo de hidrogênio e o potencial padrão. . . 275 Proteção dos metais. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277

Atividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280 Pilhas e baterias atuais. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281 Pilha comum ou pilha seca ácida.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281 Pilha seca alcalina. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282 Pilha de lítio ou pilha de lítio-iodo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282 Bateria de chumbo.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283 Bateria de íon lítio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283 Baterias de carros elétricos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284

Célula de combustível. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285 Prática científica - Pilha caseira. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286 Atividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288

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Capítulo 15 Eletrólise. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289 Conceito de eletrólise. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289 Eletrólise ígnea. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291

Unidade 5 A dinâmica das transformações e o ser humano.. . . . . . . . . 334

Conexões com… Sociologia - A reciclagem do alumínio.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293 Eletrólise aquosa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294

Capítulo 18 Equilíbrio químico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336 Reações reversíveis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336

Aplicações da eletrólise. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296

Lei de Faraday.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298 Atividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299

Ligado no tema - Osteoporose. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338 O equilíbrio químico e a constante de equilíbrio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339 Constantes de equilíbrio ​Kp​.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341 Equilíbrios heterogêneos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343

Capítulo 16 Radioatividade. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301 A descoberta da radioatividade. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301 Radiação ionizante. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304

Atividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344

Decaimento radioativo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306

Atividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348

Leis de Soddy. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307 1ª lei de Soddy: emissão de partícula alfa (​α​). . . . . . 307 2ª lei de Soddy: emissão de partícula beta (​β​).. . . . 307

Atividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309 Meia-vida.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310 Prática científica - Decaimento radioativo. . . . . . . 313 Atividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314

Fatores que alteram o equilíbrio químico. . . . . . . . . . 345

Capítulo 19 Equilíbrio iônico e pH. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349 Definições ácido-base. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349 Constante de ionização da água: pH e pOH. . . . . . . 351 Métodos de determinação de pH. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354

Atividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355 Constantes de ionização e de dissociação. . . . . . . . . 356

Capítulo 17 Usos da radioatividade.. . . . . . . . . . . . . . . . 315 Radioatividade na Medicina.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315

Conexões com… Biologia - O ácido cianídrico e a farinha de mandioca. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358 Solução-tampão. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360

A radioatividade aplicada no tratamento de doenças. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316

Prática científica - Indicador ácido-base natural. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362

Ligado no tema - O sistema de saúde e o exame radiográfico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317 Radioatividade na agricultura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318 Radioatividade na indústria. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319 Radioatividade e a datação de fósseis.. . . . . . . . . . . . . . 321 Outros tipos de datação. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322

Atividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 364

Datação por potássio/argônio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322 Datação por urânio/tório. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323

Cuidados com os materiais radioativos. . . . . . . . . . . . . 325

Capítulo 20 Hidrólise salina e produto de solubilidade. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366 Hidrólise salina. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366 Hidrólise de um sal de ácido fraco e base forte.. . . 367 Hidrólise de um sal de ácido forte e base fraca. . . . 367 Hidrólise de um sal de ácido fraco e base fraca.. . . 369 Hidrólise de um sal de ácido forte e base forte. . . . 369

Conexões com… Biologia - Radioatividade e controle de insetos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326

Atividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371 Produto de solubilidade. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372

Atividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328

Atividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375

Retome o que estudou. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329

Retome o que estudou. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377

Mais questões.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330

Mais questões.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378

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Unidade 6 As substâncias e o meio ambiente. . . . . . . . . . . 382

Lei cinética das reações químicas.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412

Capítulo 21 Ácidos, bases, sais e óxidos. . . . . . . . . . . 384 Chuva ácida: causa, consequências e possíveis soluções. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384 Algumas definições de ácidos e bases. . . . . . . . . . . . . . 386

Atividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 416

Definições de Arrhenius.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 386 Definições de Brønsted-Lowry.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 386 Definições de Lewis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 386

Ácidos de Arrhenius. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387 Classificação e nomenclatura dos ácidos de Arrhenius.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387 Alguns ácidos e suas aplicações. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388

Bases de Arrhenius. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389 Nomenclatura das bases de Arrhenius. . . . . . . . . . . . . . 389 Algumas bases e suas aplicações.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390

Atividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391 Sais de Arrhenius.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392 Classificação dos sais de Arrhenius. . . . . . . . . . . . . . . . . . 392 Nomenclatura dos sais de Arrhenius. . . . . . . . . . . . . . . . 393 Alguns sais e suas aplicações.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393

Óxidos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395 Características dos óxidos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396 Classificação dos óxidos.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396

Prática científica - Caráter básico do óxido de cálcio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397

Prática científica - Cinética química.. . . . . . . . . . . . . . . . 414 Capítulo 23 Polímeros. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 418 Micronutrientes e macronutrientes. . . . . . . . . . . . . . . . . . 418 Polímeros naturais.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 419 Látex. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 419 Seda.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 419 Proteínas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 419 Carboidratos.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422

Conexões com… Geografia e História A extração do látex. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424 Atividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425 Polímeros sintéticos.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426 Polímeros de adição. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428 Polímeros de condensação. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 430

Atividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433 Retome o que estudou. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434 Mais questões.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435 Conheça mais .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439 Respostas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 441 Referências bibliográficas comentadas. . . . . . . . . . 447 Siglas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 448

Nomenclatura dos óxidos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397 Principais óxidos e suas aplicações. . . . . . . . . . . . . . . . . . 398

Conexões com… Física e Biologia - Protetor solar. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400 Atividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402 Capítulo 22 Cinética química. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404 Taxa média de uma reação química. . . . . . . . . . . . . . . . . . 404 Teoria das colisões e formação do complexo ativado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 406 Orientação. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407 Energia cinética mínima. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407

Atividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 408 A rapidez de uma reação química. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 409 Concentração. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 409 Temperatura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 409 Superfície de contato. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 409 Catalisadores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 410

Objetos digitais Podcast. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 Carrossel de imagens. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 Mapa clicável.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 Vídeo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 Mapa clicável.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 Vídeo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 Podcast. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 Infográfico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 Podcast. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251 Infográfico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296 Podcast. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324 Carrossel de imagens. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353 Infográfico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374 Infográfico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393 Vídeo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 406

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UNIDADE

Nesta unidade, vamos estudar... • desenvolvimento da ciência moderna; • conceitos iniciais de Química; • evolução da teoria atômica da matéria; • tabela periódica; • propriedades físicas e químicas da matéria; • substâncias e misturas; • métodos de separação de misturas.

A QUÍMICA E A MATÉRIA DO UNIVERSO

Na imagem de abertura desta unidade, há uma cientista examinando um fragmento de meteorito. O que você acha que ela pode descobrir? Essa cena não simboliza apenas o espírito investigativo e a busca incessante por conhecimento que caracteriza a ciência, mas destaca também o papel das mulheres nessa área. Histórias de cientistas como Marie Curie (1867-1934), Rosalind Elsie Franklin (1920-1958) e muitas outras são registros de como mulheres contribuíram para avanços científicos e inspiraram gerações. Nesta unidade, além de conhecer contribuições de diversas mulheres que enfrentaram e ajudaram a reduzir as barreiras de gênero na ciência, vamos explorar o desenvolvimento do conhecimento científico, reconhecendo como saberes tradicionais, acumulados ao longo de gerações, também contribuem para a ciência. Serão apresentados os principais conceitos envolvidos no estudo da Química e os primórdios do atomismo, teoria que propõe que toda a matéria é composta de partículas indivisíveis e que foi o ponto de partida para o desenvolvimento da tabela periódica. A análise de substâncias e misturas também é tema desta unidade. Você sabe diferenciar substâncias puras de misturas? Vamos aprender a importância dessa distinção para a Química e, assim como a cientista retratada na imagem utiliza técnicas para investigar o meteorito, vamos explorar alguns métodos usados para separação de materiais e obtenção de substâncias. Respostas nas Orientações para o professor.

a ) Você considera importante os estudos relacionados à formação do Universo, como a análise do fragmento de meteorito retratado na fotografia? b ) Discuta com seus colegas a importância de conhecer a estrutura da matéria. c ) Por que é importante reconhecer e valorizar as contribuições das mulheres para a ciência? d ) Como a compreensão das substâncias e misturas pode impactar nosso dia a dia e a sociedade em geral?

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David Parker/SPL/Fotoarena

Pesquisadora Dolores Hill analisando um fragmento de meteorito.

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CAPÍTULO

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A ciência moderna

O nascimento da ciência moderna

Você sabe qual é o metal mais valioso que existe? Muitas pessoas responderiam que é o ouro, por conta das aplicações desse material na produção de joias, acessórios e componentes eletrônicos. A busca por materiais valiosos, visando obter riqueza, foi objetivo de vários indivíduos ao longo da história. Esse é um fato evidenciado pelos registros da ampla busca pela pedra filosofal, um artefato que poderia transformar outros materiais em ouro. Hoje, ela é tema de muitas obras de ficção, como livros e filmes, mas no passado foi seriamente investigada pelos alquimistas. Pouco se fala, mas o físico inglês Isaac Newton (1643-1727), formulador da lei da gravitação universal, já tentou por si só encontrar uma fórmula para o desenvolvimento da pedra filosofal. Coleção particular, Düsseldorf, Alemanha

Resposta pessoal. O objetivo desta questão é incentivar a troca de informações entre os estudantes.

1. Você já ouviu falar em alquimia ou pedra filosofal? Sente-se com um colega e converse sobre o tema.

O alquimista, de Joseph Leopold Ratinckx. Óleo sobre madeira, ​36 cm ​× ​27 cm,​1937. Timof/Shutterstock.com

A alquimia, prática muito presente na Idade Média (476-1453), utilizava do sobrenatural e de experimentos para explicar coisas do dia a dia, muitas vezes distantes do pensamento racional. Por exemplo, muitos alquimistas buscavam um remédio universal para curar todos os males físicos e morais da humanidade ou a pedra filosofal, que seria responsável por transformar todos os metais em ouro. Embora não fosse ainda aquilo que conhecemos como Química, a alquimia foi essencial para o desenvolvimento de diferentes técnicas e instrumentos laboratoriais importantes. Além disso, possibilitou a descoberta de substâncias como álcool, éter, ácidos nítrico e sulfúrico e os sais minerais. No século XVII, à medida que os estudiosos começaram a sistematizar as informações sobre suas observações, o misticismo foi gradativamente abandonado e, com ele, a alquimia. Nesse processo, muito do que era produzido só valia se pudesse ser descrito pela Matemática e pudesse passar por experimentação, dando início à aplicação do chamado método científico. O método científico e sua aplicação caracterizam a ciência moderna, que busca produzir conhecimento por meio de questionamentos, observação de fatos, experimentação e formulação de hipóteses. 2. Analise a pintura O alquimista e a imagem de um laboratório de

Química. Quais semelhanças é possível identificar entre o que está representado nas imagens?

Resposta: Em ambas as imagens há presença de instrumentos que são fundamentais para a execução dos experimentos.

Laboratório moderno de Química.

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Biblioteca Nacional, França, Paris

Os estudos do químico francês Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794) e de outros cientistas da época caracterizaram o início da Química moderna, pois seguiam o método científico. Antes de Lavoisier, havia a teoria do flogisto, desenvolvida pelo químico e médico alemão Georg Ernst Stahl (1660-1734), que afirmava que os materiais inflamáveis continham uma substância invisível, chamada flogisto. A queima do material resultava na liberação dessa substância; quanto mais flogisto o material tivesse, mais facilmente entrava em combustão. 2.

Ilustrações: Heloísa Pintarelli/ Arquivo da editora

1.

flogisto liberado

Representação de material em combustão.

UNIDADE

1

Georg Ernst Stahl.

resíduo (sem flogisto)

Imagens desta página sem proporção e em cores fantasia.

Representação das cinzas que restavam como resíduo, sem o flogisto. Museu Metropolitano de Arte, Nova York, EUA

Lavoisier realizou diversos experimentos envolvendo o processo de combustão. Ao usar balanças para verificar as massas das substâncias durante essas reações químicas, ele notou que a combustão não ocorria por causa do flogisto, mas sim em razão de algo presente no ar, que ele chamou de oxigênio. Diversos estudos foram realizados por Lavoisier, muitos com a contribuição de sua esposa, a cientista, também francesa, Marie-Anne Pierrette Paulze (1758-1836). Ela foi fundamental no trabalho do marido, atuando como assistente de laboratório, além de contribuir para a produção, edição e ilustração dos textos. Os estudos de Lavoisier foram considerados uma revolução na ciência, pois forneceram uma nova maneira de explicar um fenômeno – no caso, a combustão dos materiais –, e contribuíram para o nascimento da Química. Sobre as mudanças e evoluções no conhecimento científico, leia o texto a seguir. Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794) e Marie Anne Lavoisier (Marie Anne Pierrette Paulze, 1758-1836), de Jacques Louis David. Óleo sobre tela, ​259 cm ​× ​194 cm​, 1788.

[…] Guiados por um novo paradigma, os cientistas adotam novos instrumentos e orientam seu olhar em novas direções. E o que é ainda mais importante: durante as revoluções, os cientistas veem coisas novas e diferentes quando, empregando instrumentos familiares, olham para os mesmos pontos já examinados anteriormente. […] Não obstante, as mudanças de paradigma realmente levam os cientistas a ver o mundo definido por seus compromissos de pesquisa de uma maneira diferente. […] após uma revolução, os cientistas reagem a um mundo diferente. […] KUHN, Thomas S. A estrutura das revoluções científicas. Tradução: Beatriz Vianna Boeira e Nelson Boeira. 5. ed. São Paulo: Perspectiva, 1998. p. 145-146.

3. Com base na leitura do texto, defina revolução científica. Resposta: Mudar a forma de observar determinados fatos, adotando novas maneiras de analisar e se comprometer com a pesquisa científica.

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klyaksun/Shutterstock.com

jrslompo/Shutterstock.com

Desde a época da alquimia até o início do século XVII, quando a ciência começou a se dividir em diversas áreas, surgiu o campo de conhecimento que hoje conhecemos como Química. Reflita e se pergunte: o que faz um profissional formado em Química? É provável que você associe o profissional de Química principalmente ao trabalho em laboratório, mas o campo de atuação é amplo. Embora o laboratório seja uma parte importante do cotidiano de um(a) químico(a), há outras oportunidades no mercado de trabalho para esses profissionais. A formação na área química permite uma diversidade de atuações. Para organizar nossas ideias, vamos ordená-los em cinco diferentes grandes grupos: técnicos; licenciados; bacharéis; químicos industriais; e engenheiros. • Os técnicos são profissionais de nível médio que atuam com análises Representação do estereótipo laboratoriais ou linhas de produção. da profissão de químico. • Os profissionais licenciados geralmente atuam em sala de aula como Imagem sem proporção e em cores fantasia. professores. • Os bacharéis, assim como os licenciados, trabalham com pesquisa e desenvolvimento de produtos. • Os químicos industriais e os bacharéis com atribuição tecnológica são capacitados para atuar nos mais variados processos industriais. • Já os engenheiros da área química (engenheiros químicos, de alimentos, de materiais, têxteis, ambientais, entre outros) são profissionais relacionados à elaboração de processos e projetos de instalações industriais. É necessário valorizar os profissionais da área química, pois eles contribuem de forma significativa para o bem-estar das populações em escala global por meio da pesquisa e do desenvolvimento de modos de produção mais sustentáveis. Inclusive, o elevado crescimento da população e o uso excessivo de recursos naturais que resultaram em mudanças climáticas levaram os profissionais de Química a se envolverem em uma área denominada economia verde. A economia verde contribui para o bem-estar das sociedades ao reduzir o uso de recursos naturais e os riscos da escassez ambiental. Essa área, muito provavelmente, será responsável pelo surgimento de novas carreiras profissionais no futuro, já que representa um setor de grande potencial no Brasil. Para ampliar esse potencial, é importante identificar e analisar as áreas e os setores específicos que mais contribuem para a degradação ambiental e a emissão de gases do efeito estufa. Assim, é possível direcionar os esforços para possibilitar uma transição sustentável.

Imagem aérea de uma usina de álcool a partir da cana-de-açúcar, uma opção de biocombustível menos poluente e de fonte renovável, no município de Bariri (SP), em 2023.

Portanto, a Química tem evoluído continuamente, desde a época da alquimia até se consolidar como uma ciência independente; os profissionais da área atuam em diversos campos, que incluem ensino, pesquisa e indústria; e as áreas que envolvem a Química são importantes para o desenvolvimento de tecnologias voltadas para a eficiência energética, para a criação de processos mais eficazes e para a elaboração de novos produtos sustentáveis.

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A Química também é uma ferramenta para o cumprimento de alguns dos 17 Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS) previstos na denominada Agenda 2030. A iniciativa, coordenada pela Organização das Nações Unidas (ONU) por meio do Programa das Nações Unidas para o Desenvolvimento (Pnud), é um acordo internacional assinado em 2015 por mais de 190 países, incluindo o Brasil. O objetivo é promover medidas para a solução de problemas como pobreza, devastação do meio ambiente, crises climáticas, entre outros.

UNIDADE

1

• Participação em serviços de saneamento básico, como tratamento de água e esgoto, fator crucial para ajudar a acabar com a pobreza em todas as suas formas. • Auxiliar na promoção do bem-estar e da saúde (Objetivo 3) ao sintetizar novos compostos que poderão ser utilizados como medicamentos que podem controlar novas epidemias. • Promover acesso à energia acessível e limpa (Objetivo 7), com fontes alternativas. • Melhoria na eficiência dos recursos globais no consumo e na produção, de modo a minimizar a degradação ambiental, com pesquisas avançadas nos setores tecnológicos para gerar emprego digno e crescimento econômico (Objetivo 8). • Desenvolver processos que utilizem menos energia e gerem menos resíduos (Objetivo 9). • Cidades e comunidades sustentáveis (Objetivo 11) podem ser promovidas por meio de uma economia circular ao recuperar materiais valiosos de resíduos. • Promoção de um uso consciente dos recursos naturais e contribuição para o manejo ambientalmente saudável de produtos químicos e resíduos (Objetivo 12). • Combate às alterações climáticas (Objetivo 13), com o desenvolvimento de tecnologias para captura e armazenamento de carbono. • Promoção da vida sobre a terra (Objetivo 15), desenvolvendo tecnologias para monitoramento e remediação de poluição ambiental.

Keithy Mostachi/Arquivo da editora

É possível afirmar que, direta ou indiretamente, o profissional da Química pode contribuir com muitos dos objetivos propostos pelo documento. Confira alguns deles a seguir.

Essa situação mostra também que estudos científicos realizados por diferentes cientistas simultaneamente, cada um sob o olhar de sua especialidade, possibilitam avanços em diversas áreas da ciência, como saúde, energia, alimentação e ambiente. Um parâmetro que pode ser utilizado para avaliar como os estudos científicos avançam em determinado país é a quantidade de publicações científicas. Leia a manchete a seguir.

Brasil publicou quase 157 mil artigos em 2023 Disponível em: https://www.gov.br/capes/pt-br/assuntos/noticias/brasil-publicou -quase-157-mil-artigos-em-2023. Acesso em: 25 jul. 2024.

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De acordo com a Capes (Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior), em 2023 o Brasil produziu cerca de 157 mil artigos científicos, colocando-o na décima posição entre os países com maior produção científica no ano. No entanto, o estudo científico no Brasil ainda enfrenta muitas dificuldades. a ) Junte-se a dois colegas e façam uma pesquisa sobre os estudos científicos no país, identificando possíveis obstáculos para seu desenvolvimento. Em seguida, proponham medidas que possam ser adotadas pela população e pelos governantes a fim de avançar a posição do país no ranking mundial de produção científica, além de melhorar a qualidade das pesquisas aqui realizadas. Resposta e comentários nas Orientações para o professor.

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LIGADO NO TEMA O conhecimento científico e o conhecimento tradicional Leia o trecho da notícia a seguir.

Países adotam tratado histórico sobre Propriedade Intelectual, Recursos Genéticos e Conhecimento Tradicional Após décadas de negociações, os Estados-membros da Organização Mundial da Propriedade Intelectual (OMPI) adotaram um tratado internacional histórico que lida com a interseção entre propriedade intelectual, recursos genéticos e conhecimentos tradicionais associados. […] O que o Tratado faz?

a) Resposta: O De forma ampla, onde uma invenção reivindicada em uma aplicação de patente for baseada conhecimento em recursos genéticos, cada parte contratante exigirá que os candidatos divulguem o país tradicional é adquirido via de origem ou a fonte dos recursos genéticos. Onde a invenção reivindicada em uma apliobservação da cação de patente for baseada em conhecimento tradicional associado a recursos genéticos, natureza e da cada parte contratante exigirá que os candidatos divulguem os Povos Indígenas ou a comuprática e é transmitido ao nidade local, conforme aplicável, que forneceram o conhecimento tradicional. longo de gerações. Já o […] conhecimento científico é obtido PAÍSES adotam tratado histórico sobre Propriedade Intelectual, Recursos Genéticos e Conhecimento Tradicional. por meio de Nações Unidas Brasil, 24 maio 2024. Disponível em: https://brasil.un.org/pt-br/269540-pa%C3%ADses-adotam-tratado métodos -hist%C3%B3rico-sobre-propriedade-intelectual-recursos-gen%C3%A9ticos-e. Acesso em: 25 jul. 2024. sistemáticos, experimentações O trecho de notícia mostrado anteriormente faz menção a dois termos importantes para controladas e análise rigorosa. sua compreensão: propriedade intelectual e conhecimento tradicional. Você já ouviu falar nesses termos? Em qual contexto? Professor, professora: Comentários nas Orientações para o professor. b) Resposta: O conhecimento A propriedade intelectual refere-se às criações da mente – invenções, obras literárias e artradicional tísticas, símbolos, nomes, imagens, desenhos ou processos. Ou seja, está relacionada com o muitas vezes conhecimento, e por meio dela os criadores ou responsáveis por qualquer produção inteleccontém informações que tual podem garantir, por algum tempo, a possibilidade de recompensa financeira pela criação. podem ter uma interpretação O conhecimento, por sua vez, se apresenta de diferentes modos. Há o senso comum, addiferente pelas quirido por observação e repetição, sem ser criado um método para tal; o conhecimento cienpráticas científicas tífico, adquirido por meio de uma série de métodos, sendo reprodutível e verificável; e o comodernas. Por nhecimento tradicional, produzido pelos povos indígenas e comunidades tradicionais, que meio dele é possível pode envolver modos de vida, arte, dança, música, Medicina, biodiversidade e conhecimento desenvolver e proteção de variedades vegetais. técnicas que respeitam os Muitos conhecimentos científicos foram inspirados pelos conhecimentos tradicionais – por ciclos naturais e exemplo, a fabricação de bolas de borracha pelos indígenas mesoamericanos (região da Améa capacidade de regeneração dos rica Central) foi utilizada e adaptada por Charles Goodyear em 1939 para fabricar borracha. ecossistemas, A capacidade dos povos originários de observar a natureza e tirar conclusões que, com suas parcontribuindo para uma ticularidades, forneciam respostas aos questionamentos existentes é um tipo de conhecimento que relação mais deve ser reconhecido. Na Química, é possível afirmar que indígenas amazônicos desenvolveram proequilibrada entre humanos e cessos de transformação de substâncias, ou seja, obtiveram produtos por meio de reações químicas. meio ambiente.

a ) Qual é a diferença fundamental entre conhecimento tradicional e conhecimento científico?

b ) Indique como o conhecimento tradicional pode contribuir tanto para as práticas científicas modernas quanto para a sustentabilidade e a preservação da biodiversidade.

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05/11/2024 15:06:00

UNIDADE

ATIVIDADES

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2. Resposta pessoal. A atividade objetiva incentivar uma reflexão crítica entre os estudantes sobre como o conhecimento científico, aceito durante um período, pode ser revisado e modificado NÃO ESCREVA NO LIVRO. com o tempo. Espera-se que eles compreendam que o conhecimento científico não é uma verdade absoluta, mas sim algo que está em constante mudança, conforme novas pesquisas são realizadas.

1. O astrônomo, matemático e geógrafo egípcio Ptolomeu (100-170) afirmava que a Terra era o centro do

Biblioteca Nacional, França, Paris

Biblioteca Nacional, França, Paris

Universo e que os demais astros giravam em torno dela. Esse é o chamado modelo geocêntrico, que séculos depois foi substituído por outro, o heliocêntrico, proposto pelo astrônomo polonês Nicolau Copérnico (1473-1543). De acordo com esse novo modelo, o Sol era o centro do Universo, ao redor do qual giravam os outros astros, incluindo a Terra. Respostas das questões 1 e 3. b) nas Orientações para o professor.

Representação do modelo geocêntrico de organização do Sistema Solar.

Representação do modelo heliocêntrico de organização do Sistema Solar.

a ) Por que o modelo proposto por Copérnico pode ser utilizado para ilustrar a revolução científica? b ) O que levou o modelo geocêntrico a ser substituído pelo heliocêntrico? Se necessário, faça uma pesquisa sobre o assunto.

2. Galileu, com auxílio de equipamentos de melhor resolução, conseguiu enxergar que a Lua não era perfeita,

como os gregos diziam. O que podemos concluir a respeito do conhecimento científico com essa situação? 3. a) Enquanto o trecho da reportagem cita o vírus zika, a

3. Leia o trecho da reportagem a seguir e confira a imagem. imagem mostra como ocorre a transmissão desse vírus ao ser Tacio Philip Sansonovski/Shutterstock.com

humano, que é por meio da picada da fêmea contaminada do mosquito A. aegypti.

Vírus zika pode voltar a se replicar após recuperação, aponta estudo Isso pode levar a novos episódios de sintomas VÍRUS zika pode voltar a se replicar após recuperação, aponta estudo. Agência Brasil, 23 jun. 2024. Disponível em: https:// agenciabrasil.ebc.com.br/saude/noticia/2024-06/virus-zika -pode-voltar-se-replicar-apos-recuperacao-aponta-estudo. Acesso em: 25 jul. 2024. Mosquito (Aedes aegypti): pode atingir cerca de 7​ mm​ de comprimento.

Fêmea do mosquito A. aegypti.

a ) Como o trecho da reportagem pode ser relacionado à imagem? b ) Indique como a pesquisa influencia na mudança de hábito das pessoas e previne doenças.

4. Como os experimentos de Lavoisier desafiaram e eventualmente refutaram a teoria do flogisto, contribuindo para o estabelecimento dos fundamentos da Química moderna?

Resposta: Os trabalhos de Lavoisier estabeleceram métodos rigorosos de experimentação e quantificação.

5. Em geral, o método científico engloba algumas etapas, como observação, formulação de hipóteses, experi-

mentação, interpretação dos resultados e conclusão. Um pesquisador que investiga certo tema por meio do método científico deverá cumprir todas as etapas? Justifique sua resposta. Resposta: Sim. A ausência de qualquer etapa compromete a metodologia científica e a confiabilidade dos resultados obtidos.

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05/11/2024 15:06:01

7. a) Resposta: O material foi associado à pedra filosofal porque esse artefato possibilitaria obter ouro de outros materiais, transformando-os. O material desenvolvido, contudo, apenas extrai o ouro já presente em um líquido.

Tivemos a sorte de encontrar um indígena idoso [...]. Ele era o químico (chimiste) do local. Encontramos com ele grandes caldeiras feitas de barro para cozinhar a seiva das plantas; vasilhames mais rasos que favoreciam a evaporação por causa da ampla superfície que ofereciam para isso; folhas de banana que, enroladas em forma de sacola, eram usadas para filtrar os líquidos mais ou menos impregnados de fibras. Em toda parte, havia a maior ordem e limpeza nessa cabana transformada em laboratório de química (laboratoire de chimie). O indígena que iria nos dar informações é conhecido na missão sob o nome de mestre do veneno (maître de poison, amo del Curare) [...]. “Eu sei, disse ele, que os brancos possuem o segredo de fazer sabão, e aquele pó preto que tem a desvantagem de fazer barulho e afugentar os animais quando não se acerta neles. O curare, que sabemos preparar de pai para filho, é bem melhor do que tudo que vocês conseguem produzir lá (do outro lado dos mares) [...]”. [...] HUMBOLDT, Alexander von apud SOENTGEN, Jens; HILBERT, Klaus. A química dos povos indígenas da América do Sul. Química Nova, v. 39, n. 9, 2016. p. 1144. Disponível em: https:// doi.org/10.21577/0100-4042.20160143. Acesso em: 2 jul. 2024.

a ) No texto, são descritas algumas etapas para a produção do curare. Quais delas você reconhece como práticas semelhantes às utilizadas pela chamada ciência moderna?

7. Em uma notícia, foi apresentado o desenvolvimento de um material capaz de “extrair ouro de lixo”. Formado por uma folha de grafeno, o material consegue reter partículas de ouro presentes em um líquido que passe por ele, mesmo que em quantidades muito baixas. Por isso, o material foi relacionado diversas vezes à pedra filosofal. Nature Communications

6. a) Resposta: Caldeiras feitas de barro para cozinhar; vasilhames mais rasos, que favoreciam a evaporação; e folhas de banana, usadas para [...] filtrar os líquidos.

Folha de grafeno.

a ) Por que o material desenvolvido foi relacionado à pedra filosofal? b ) Analise o esquema a seguir, que mostra como ocorre a extração do ouro pela folha de grafeno. 7. b) Resposta: Espera-se que os estudantes utilizem seus conhecimentos prévios para identificar o processo Imagem sem proporção e em cores fantasia. de filtração. Nature Communications

6. Leia o texto a seguir.

Solução com baixíssima quantidade de ouro

b ) Como os indígenas teriam desenvolvido seus processos transformativos descritos por Humboldt? Como esses conhecimentos foram transmitidos dentro dessa cultura? c ) A técnica de extração do curare foi levada pelo geógrafo alemão Alexander von Humboldt, que no começo do século XIX testemunhou o fabrico pelos indígenas. A substância ativa tubocurarina foi isolada na década de 1940 e rendeu a empresas patentes milionárias de relaxantes musculares usados em cirurgias. Baseado no exposto, de que maneira o novo tratado de propriedade intelectual, estudado na seção Ligado no tema, pode contribuir para a valorização dos conhecimentos tradicionais? Resposta nas Orientações para o professor.

Água Representação do processo de extração do ouro. Partículas de ouro

Esse esquema mostra que as partículas de ouro de um líquido ficam retidas ao passar pelo grafeno. Esse processo de separação está presente em nosso dia a dia, empregado para outros materiais. Qual é o nome desse processo?

6. b) Resposta: Os indígenas desenvolveram seus processos transformativos por meio da observação da natureza, como verificar que uma folha de banana consegue atuar como um filtro. Os conhecimentos tradicionais foram transmitidos de geração em geração, de pai para filho.

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08/11/2024 14:44:49

Mulheres na ciência © Cientirinhas

Leia a tirinha a seguir e responda às questões 4 e 5.

4. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes reconheçam que os estereótipos de gênero podem limitar o interesse das mulheres por áreas supostamente mais adequadas aos homens. 5. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes mencionem desigualdades de gênero, falta de representação em cargos de liderança, disparidades salariais e dificuldades para conciliar carreira e vida pessoal.

UNIDADE

1

4. Com base no diálogo da tirinha, converse com

seus colegas sobre como os estereótipos de gênero podem limitar a ocupação das mulheres nos espaços que são considerados mais adequados aos homens.

5. Quais são os principais desafios enfrentados por mulheres na ciência hoje em dia e como esses desafios podem impactar o avanço científico?

Ao ler a tirinha, em qual momento você identificou que houve quebra de expectativa? Isto é, em qual momento apareceu algo diferente do que se esperava?

MERLIN, Marco. Cientirinhas. Disponível em: https://cientirinhas. tumblr.com/page/13. Acesso em: 26 jul. 2024.

O quadrinho exemplifica como os estereótipos de gênero podem limitar o potencial das mulheres ao associá-las a certas atividades e interesses. Elas, no entanto, desafiam essas suposições, subvertendo os estereótipos e mostrando que todas as atividades, inclusive a ciência, são igualmente adequadas para meninas e meninos.

6. Como políticas públicas podem promover mais representação e participação das mulheres em todas as áreas da ciência?

Benjamin Couprie. c. 1927. Coleção particular

Agora, analise a fotografia a seguir.

6. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes citem que políticas e iniciativas inclusivas, além de investimentos em educação e conscientização sobre equidade de gênero, podem ajudar a superar barreiras estruturais e culturais.

Registro dos 29 participantes da quinta edição da Conferência de Solvay, realizada em Bruxelas, na Bélgica, em 1927.

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05/11/2024 15:08:04

A fotografia reúne os mais notáveis pesquisadores da época, sendo 28 homens e apenas uma mulher. A única retratada é Marie Curie. Nascida na Polônia, Marie obteve grande destaque por ter sido a pioneira (juntamente com seu marido, Pierre Curie) no ramo da radioatividade. Além disso, foi a primeira mulher a receber um Nobel e a primeira pessoa a ganhar o prêmio duas vezes.

Rosalind Elsie Franklin. SPL/Fotoarena

Um caso famoso foi o da física inglesa Rosalind Elsie Franklin, que obteve pela primeira vez uma imagem de raios-X de uma molécula de ácido desoxirribonucleico (DNA), o que possibilitou elucidar sua estrutura. No entanto, o crédito pela determinação da estrutura dessa molécula foi dado somente ao cientista estadunidense James Dewey Watson (1928-), ao cientista inglês Francis Harry Compton Crick (1916-2004) e ao biofísico neozelandês Maurice Wilkins (1916-2004), pois acreditava-se que ela apenas obteve a imagem e não a tinha associado à estrutura helicoidal.

World History Archive/Alamy/Fotoarena

Com as mudanças e evoluções nas ciências, houve também avanços na participação feminina nessas áreas. No entanto, por muitos anos, a imagem feminina foi apagada e muitas não receberam o devido reconhecimento, tampouco os trabalhos foram apropriadamente creditados.

Em 2022, dois pesquisadores dos trabalhos de Watson e Crick tiveram acesso aos documentos de Rosalind Franklin e perceberam que ela não deixou de compreender a estrutura do DNA. Esses documentos revelam que ela foi uma colaboradora de igual relevância na descoberta da estrutura do DNA. Um dos exemplos notáveis que se tem sobre a falta de crédito às mulheres diz respeito à Marie-Anne Pierrette Paulze. A famosa pintura que retrata ela e seu marido, Antoine Lavoisier, apresentada no início do capítulo, é comumente divulgada apenas com a informação de que retrata “Lavoisier e esposa”, desconsiderando que Marie-Anne desempenhou mais do que o papel de esposa do químico. Ao longo dos mais de 20 anos de casamento, Marie-Anne anotou resultados experimentais e desenhou com precisão os aparatos de laboratório, o que ajudou os cientistas contemporâneos à sua época a entenderem métodos e resultados dos trabalhos de Lavoisier. Além disso, entre suas habilidades estava, em especial, a capacidade de ler, traduzir e analisar textos científicos escritos em inglês, que o marido não dominava completamente, sendo um idioma imprescindível para a comunidade científica que atuava fora da França.

Imagem da molécula de DNA obtida por Rosalind Franklin.

Na comunidade científica, há debates sobre o nível de interferência de Mileva nos estudos de Einstein. Estima-se que no período de 1900 a 1905, com o consentimento dela, o casal publicou trabalhos científicos desenvolvidos em conjunto, porém foram assinados apenas por Einstein. Esse período inclui textos sobre a relatividade, e nestes, possivelmente Mileva contribuiu diretamente com inúmeras revisões.

Autor desconhecido. c. 1896. Coleção particular

Albert Einstein citou, em muitas de suas cartas, a forte colaboração de sua esposa na época, a física e matemática Mileva Marić (1875-1948), e como ela foi de enorme ajuda em seus estudos.

Mileva Marić.

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05/11/2024 15:08:04

UNIDADE

1 As histórias relatadas anteriormente trouxeram características claras de desconsideração, omissão e subestimação das habilidades e competências das mulheres no mundo científico. Tais características de invisibilidade compõem o chamado fenômeno Matilda, ou efeito Matilda, termo utilizado para descrever a tendência de minimizar, ignorar ou negar as contribuições de mulheres cientistas. O nome homenageia a sufragista estadunidense Matilda Joslyn Gage (1826-1898), que expunha as desigualdades que afetavam as mulheres em busca de espaço no mundo científico. Como consequência da subestimação e da invisibilidade das mulheres na ciência, pode-se evidenciar a baixa confiança delas em suas próprias habilidades e desmotivação em seguir uma carreira acadêmica no passado, gerando impactos negativos no progresso da pesquisa científica. A busca pela carreira científica aumentou no Brasil e no mundo nas últimas décadas e muitas pesquisas apontam que as mulheres são a maioria em cursos de mestrado (57%) e doutorado (58%) nas áreas científicas. Entretanto, o avanço das cientistas no mercado de trabalho é desproporcional. Disparidades salariais, baixa representatividade em cargos de liderança e reconhecimento profissional são presentes na vida de muitas profissionais, culminando no chamado efeito tesoura, em que, quanto mais alta a função desempenhada (o cargo), menor tende a ser a participação de mulheres. Analise o gráfico a seguir.

Cargo técnico

100%

Cargo técnico-político

Cargo político 86%

mulheres

Ohanna Schmitt/Arquivo da editora

Sistema de ciência e tecnologia no Brasil (2015-2019)

98%

100%

72% 64%

57%

53%

55%

57%

59%

50% 47%

43%

45%

43%

41% 36% 28%

homens

14%

2%

0% Estudantes de graduação

Estudantes de pós-graduação

Professores Docentes na Coordenadores em formação graduação de curso de pós-graduação

Destinatários de bolsa de pesquisa CNPq

Coordenador de áreas do conhecimento da CAPES

Presidente da CAPES

Ministro da Educação

0% Ministro de Ciências e Tecnologia

Fonte de pesquisa: AREAS, Roberta et al. Gender and the scissors graph of Brazilian science: from equality to invisibility. OSF Preprints, 29 jun. 2020. Disponível em: https://www.researchgate.net/publication/342541642_Gender_and_ the_scissors_graph_of_Brazilian_science_from_equality_to_invisibility/link/60af89c6a6fdcc647ee057bd/download?_ tp=eyJjb250ZXh0Ijp7ImZpcnN0UGFnZSI6InB1YmxpY2F0aW9uIiwicGFnZSI6InB1YmxpY2F0aW9uIn19. Acesso em: 25 jul. 2024.

Mulheres do mundo todo sofrem os efeitos da naturalização dos estereótipos, estes muitas vezes reproduzidos por homens e mulheres inconscientemente. Pesquisas realizadas na Europa mostram que 67% das mulheres acreditam que outras mulheres não estão qualificadas para ocupar cargos de liderança na ciência, o que revela como essas noções arraigadas podem ser reproduzidas por todas as pessoas.

Professor, professora: Comente que CNPq é a sigla para Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico, que é uma fundação pública vinculada ao Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação, que tem como principais atribuições fomentar a pesquisa científica, tecnológica e de inovação.

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A discriminação de gênero também se reflete no Prêmio Nobel, considerado a maior honraria acadêmica mundial. Desde a sua criação, em 1901, até 2023, o prêmio foi concedido a 936 homens, mas apenas a 64 mulheres. Os gráficos a seguir mostram a discrepância em relação ao gênero. Porcentagem de homens e mulheres laureados com o Prêmio Nobel em todas as áreas (1901-2023)

Porcentagem de homens e mulheres laureados com o Prêmio Nobel de Física (1901-2023) 2,2%

7%

97,8%

93% Homens Mulheres

4,12%

Porcentagem de homens e mulheres laureados com o Prêmio Nobel de Medicina (1901-2023) Ilustrações: Ohanna Schmitt/Arquivo da editora

Porcentagem de homens e mulheres laureados com o Prêmio Nobel de Química (1901-2023)

Homens Mulheres

5,72%

95,88%

94,28% Homens Mulheres

Homens Mulheres

Fonte de pesquisa: NOBEL Prize awarded women. The Nobel Prize. Disponível em: https://www.nobelprize.org/prizes/lists/nobel-prize-awarded -women/. Acesso em: 26 jul. 2024.

Além da evidente discrepância nas premiações, principalmente ao considerar as áreas de Química, Física e Medicina, até 2023, entre as cientistas laureadas, nenhuma era negra nem indígena. Extrapolando a ciência, podemos perceber que, apesar de serem maioria no Brasil, a presença de mulheres em outros campos do mercado de trabalho e em posições de poder continua pequena. De acordo com o Censo 2022, a população de mulheres no Brasil é de 51,1%, mas, conforme dados do Tribunal Superior Eleitoral (TSE), no mandado de 2020-2024, apenas 12,1% prefeitas foram eleitas – entre elas, apenas 32% são negras. Segundo dados do Departamento Intersindical de Estatística e Estudos Socioeconômicos (Dieese), no último trimestre de 2023 as mulheres correspondiam a 54,3% dos desempregados no Brasil, e 35,5% eram mulheres negras. Esses dados mostram que os desafios relacionados a gênero não se restringem às ciências e resultam em menos oportunidades e mais vulnerabilidade à violência. Para as mulheres negras, esses fatores são ainda mais intensificados em razão do racismo estrutural, conceito que descreve como a discriminação racial está incorporada nas estruturas sociais e históricas do Brasil. Assim, podemos perceber que a falta de diversidade de gênero na ciência e em outros campos da sociedade é significativa e aumenta quando combinada a outros fatores sociais, como etnia, orientação sexual, classe social e localização geográfica.

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A ciência depende da criatividade e da pluralidade. Quando mulheres, especialmente negras ou indígenas, são sistematicamente excluídas, não se está apenas reduzindo a diversidade, mas também prejudicando o próprio desenvolvimento das pesquisas científicas.

UNIDADE

1

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas/Governo do Estado do Amazonas

Para evitar o aumento de desigualdades, é fundamental que ações sejam adotadas para promover uma paridade de gênero em todas as áreas, em especial nas ciências. Um marco significativo dessa luta foi a criação do Dia Internacional das Mulheres e Meninas na Ciência, em 2015, pela Assembleia Geral das Nações Unidas, que estabeleceu o dia 11 de fevereiro como a data para celebrar tal visibilidade na ciência e na tecnologia, destacando suas contribuições históricas e contemporâneas nesses campos. Observe o cartaz a seguir, da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas (Fapeam), que promove uma ação que visa ampliar o acesso e assegurar a participação igualitária de mulheres e meninas na ciência e tecnologia.

Cartaz de divulgação de ação para incentivo à participação de mulheres e meninas na ciência.

Além de datas comemorativas, iniciativas que apoiam a participação de mulheres em suas respectivas áreas de estudo são maneiras práticas de combater a desigualdade de gênero. Considerar aspectos como a maternidade durante o processo de pesquisa, concedendo prazos flexíveis para mães pesquisadoras, são movimentos que contribuem para o aumento e a permanência feminina nesses contextos. A Lei nº 14.925/2024, sancionada em 2024, assegura a prorrogação dos prazos de conclusão de cursos de educação superior para estudantes e pesquisadores por motivo de parto, nascimento de filho, adoção ou obtenção de guarda judicial. Ações como essas cooperam para o empoderamento de meninas e mulheres em busca da igualdade de gênero, um dos objetivos da Agenda 2030 para o desenvolvimento sustentável. Apoiar a participação feminina na ciência pode oferecer oportunidades para o desenvolvimento de muitas cientistas, além de gerar resultados positivos para a pesquisa e inovação. No Brasil, um exemplo notável na ciência é a biomédica Jaqueline Goes de Jesus (1989-), que coordenou a equipe responsável por sequenciar o genoma do vírus SARS-CoV-2 em apenas 48 horas, após o primeiro caso de covid-19 no país. Seu trabalho também inclui a pesquisa sobre os surtos de arbovírus, como dengue, febre amarela, chikungunya e zika, que são ameaças significativas à saúde pública em áreas tropicais e subtropicais. Reconhecer que, por muitos anos, mulheres e outras minorias foram sistematicamente excluídas das áreas científicas é um dos passos que contribuem para a conscientização e transformação das ciências. Promover a inclusão e a diversidade nesses campos do conhecimento permite a entrada de diferentes perspectivas e o enriquecimento das pesquisas desenvolvidas. Apoiar e valorizar a diversidade não apenas cria um ambiente mais igualitário e acolhedor para todos os cientistas, mas também estimula o crescimento e a inovação desse campo de estudos.

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LIGADO NO TEMA Divulgação científica Museu de Biologia UnB

Confira a imagem a seguir.

Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes reconheçam que o evento se trata de uma divulgação científica sobre a vida do ponto de vista biológico e que é destinado ao público interessado.

a ) Do que se trata o evento? A qual público é destinado? O que você espera que seja discutido nesse evento? Você participaria desse tipo de evento?

A divulgação científica busca permitir que toda a população tenha acesso a informações sobre ciências. Ela surgiu na Europa, no ano de 1834, com a publicação de On the Connexion of the Physical Sciences, um livro com equações, cálculos, explicações, descrições e analogias que resumiam tudo o que estava sendo desenvolvido em cada área do conhecimento científico. No Brasil, a divulgação científica se iniciou no mesmo período, influenciada pelo Divulgação da Semana do Ensino e da Divulgação Científica do Museu de Biologia da Universidade de Brasília, em 2024. interesse que Dom Pedro II tinha pelas ciências. Professor, Ao longo da história, a forma como os resultados científicos eram divulgados passou por professora: Diga diversas transformações, acompanhando o desenvolvimento da tecnologia e da sociedade. No aos estudantes que o título do século XX, a divulgação científica ganhou ênfase com a publicação de artigos em diferentes livro em tradução revistas que usavam uma linguagem acessível ao público não especializado. livre é “A ligação entre as ciências físicas”.

Entre 1970 e 1980, a ascensão da divulgação científica ocorreu por meio de programas de televisão, permitindo o crescimento da visibilidade da ciência. Um grande nome desse movimento foi o astrofísico estadunidense Carl Sagan (1934-1996), que em seu programa Cosmos apresentava conceitos e fenômenos científicos de maneira simples, contando com o auxílio de efeitos visuais e da computação gráfica. A chegada da internet no final do século XX e sua expansão no início do século XXI trouxe uma grande revolução na forma de comunicação, incluindo o modo de divulgar as informações: as redes sociais. Essas poderosas ferramentas permitiram que comunidades científicas compartilhassem seus trabalhos e interagissem com o público em tempo real. Além disso, muitas plataformas se destacaram na divulgação científica, oferecendo vídeos explicativos, animações e outros conteúdos multimídia, ajudando a tornar a ciência mais acessível e compreensível para todos. Com isso, democratizou-se o acesso à informação científica, permitindo que qualquer pessoa pudesse se informar sobre novas descobertas. No entanto, a rápida disseminação via internet exige cuidado e atenção com relação à confiabilidade das fontes. A quantidade de informações disponíveis on-line pode muitas vezes dificultar a busca por fontes seguras e confiáveis, gerando desinformação. Nas redes sociais, a divulgação de conteúdos científicos aumentou e surgiu um novo tipo de divulgador: o influenciador digital científico. Pesquise alguns desses perfis e responda aos itens a seguir. b ) Indique a formação dos influenciadores que você pesquisou. c ) Qual é a finalidade das postagens desses influenciadores?

Respostas pessoais. Comentários

d ) O influenciador cita a fonte de pesquisa em suas postagens? nas Orientações para o professor.

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05/11/2024 15:08:05

ATIVIDADES

UNIDADE

1 NÃO ESCREVA NO LIVRO.

Respostas das questões 1 e 4 nas Orientações para o professor.

1. Leia o trecho da reportagem a seguir.

Oxímetros usados na Covid-19 funcionam pior com negros Aparelho pode mostrar oxigenação maior que o devido em pessoas de pele mais escura O serviço de saúde do Reino Unido (NHS) alertou ontem que os oxímetros, aparelhos usados para medir os níveis de oxigênio no sangue cujo uso se disseminou com a Covid-19, podem dar diagnósticos “equivocados” em pacientes negros. […] OXÍMETROS usados na Covid-19 funcionam pior com negros. O Globo, Rio de Janeiro, 1 ago. 2021. p. 15.

a ) O que os diagnósticos equivocados no uso de oxímetros em pacientes negros podem revelar sobre o modo como essa tecnologia foi desenvolvida? b ) Sabendo que os oxímetros são dispositivos que permitem medir a quantidade de oxigênio no sangue por meio da passagem de luz através da pele e que uma quantidade menor de oxigênio pode indicar um problema de saúde, quais são os possíveis problemas que o resultado equivocado do equipamento pode trazer para um paciente? c ) Qual seria uma resolução adequada para esse problema? d ) Pesquise o que é racismo científico e analise como ele se relaciona com os erros de diagnóstico no uso de oxímetros em pessoas negras, relatado na reportagem. e ) Com base nessa análise e no que você estudou, responda: a ampliação da diversidade no campo científico poderia ajudar a evitar problemas como o apresentado na reportagem?

2. Em 2019, a filósofa e professora estadunidense Angela Yvonne Davis (1944-), em visita ao Brasil, disse em um

evento: “quando a mulher negra se movimenta, toda a estrutura da sociedade se movimenta com ela”. Com base no que você estudou sobre a falta de diversidade de gênero na ciência e em outros campos da sociedade, analise as afirmativas a seguir sobre o significado da fala de Davis. I ) A fala de Angela Davis destaca a ideia de como ao enfrentar barreiras diversas, como a de gênero, de classe e de raça, as mulheres negras não apenas quebram paradigmas individuais, mas também impulsionam mudanças significativas em toda a sociedade. II ) As ações de mulheres negras que buscam pela diversidade de gênero trazem consequências apenas na vida pessoal de cada uma delas. III ) As conquistas e os avanços dessas mulheres desafiam estruturas sociais, provocando transformações mais amplas. Esse avanço, tanto na área científica quanto em outros campos de atuação, pode ter um impacto positivo e beneficiar toda a estrutura social. Resposta: Alternativa e. Sobre as afirmações: d ) Apenas a afirmação II está correta. a ) Todas estão corretas. e ) Apenas as afirmações I e III estão corretas. b ) Todas estão erradas. c ) Apenas as afirmações I e II estão corretas.

3. De acordo com a Unesco, nas áreas de ciência, tecnologia, engenharia e matemática, conhecida como a sigla

em inglês STEM, consideradas fundamentais para o desenvolvimento das economias dos países, a maioria dos estudantes ainda não alcançou a igualdade de gênero nessas áreas. Estima-se que 33,3% de todos os estudantes dessas áreas no mundo são mulheres. Quais estratégias podem ser adotadas para promover uma maior equidade de gênero nessas áreas?

4. Em duplas, pesquise e selecione duas mulheres cientistas das áreas de Física, Química, Medicina e áreas cor-

relatas. Reúna algumas informações sobre as cientistas pesquisadas, como os principais feitos nesses campos de atuação e prêmios e demais reconhecimentos formais a elas concedidos. Com base nas informações coletadas, elaborem um banner ou um cartaz. Façam uma apresentação para a turma e, com o auxílio do professor, exponham os cartazes em espaços da escola.

3. Resposta pessoal. O objetivo desta questão é incentivar a reflexão dos estudantes sobre a importância de políticas públicas intencionais que promovam o maior engajamento feminino nas áreas de STEM. Tais políticas são cruciais para que as instituições avancem na promoção da equidade de gênero e criem um ambiente com maior equidade.

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CAPÍTULO

Mumemories/Shutterstock.com

2

Conceitos iniciais de Química

O ambiente que nos cerca está repleto de fenômenos físicos e químicos, naturais ou artificiais. Alguns são naturalmente deslumbrantes, como a aurora boreal, as bolhas congeladas de metano aprisionadas no Lago Abraão, no Canadá, e as ondas bioluminescentes vistas à noite em praias cujas areias contêm fitoplânctons que emitem luz, pois convertem a energia química em energia luminosa por meio de reações químicas. Bolhas de metano congelado no Lago Abraão, no município de Banff, no Canadá, em 2023.

Com o desenvolvimento da Ciência e do método científico, esses e muitos outros fenômenos da natureza passaram a ser estudados pelo ser humano de forma mais precisa, a fim de tentar compreender vários aspectos, como as causas e os mecanismos pelos quais ocorrem. Para que esses eventos pudessem ser analisados de forma confiável por diversos cientistas em diferentes lugares do mundo, a padronização dos procedimentos de investigações tornou-se necessária e, assim, muitas das convenções estabelecidas e adotadas pela Ciência atualmente fazem parte do nosso cotidiano, como as grandezas físicas.

Grandezas físicas É possível perceber a presença das grandezas físicas em diversas situações do cotidiano. Grandezas e unidades de medida Grandeza

Nome da unidade

Unidade

comprimento

metro

​m​

massa

quilograma

​kg​

tempo

segundo

​s​

temperatura termodinâmica

kelvin

​K​

volume

metro cúbico

​​m​​ 3​​

peso

newton

​N​

pressão

pascal

​Pa​

energia

joule

​J​

Tudo que existe e possibilita ser medido é chamado grandeza física ou grandeza, sendo expresso em unidade de medida. Para ajudar na comunicação científica, foi criado o Sistema Internacional de Unidades (SI), representado anteriormente, o qual estabelece alguns padrões de unidades de medida das grandezas. A criação do SI foi necessária para padronizar as medidas e auxiliar na comercialização de produtos. Antigamente, as unidades de medida eram baseadas no corpo humano (palmo, pé e polegada), o que as tornava imprecisas e pouco confiáveis, em razão das diferenças físicas entre as pessoas. Algumas dessas medidas ainda usamos.

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UNIDADE

1 Massa A realização de refeições em restaurantes é paga pela quantidade de quilogramas colocada pela pessoa em seu prato. Resposta pessoal. Com esta questão, pretende-se verificar se os estudantes percebem que as pessoas tendem a evitar desperdício de alimentos quando se servem à vontade.

1. Você já fez alguma refeição em restaurantes em que o pagamento é feito individualmente por prato consumido? E em restaurantes onde se paga um preço único para se servir à vontade? Em sua opinião, em qual tipo de restaurante as pessoas tendem a desperdiçar mais alimento?

A massa é a grandeza física relacionada à inércia, propriedade da matéria correspondente ao estado de repouso ou movimento do corpo. Os corpos tendem a permanecer em repouso da mesma forma que tendem a permanecer em movimento. Essa tendência, de forma geral, é entendida como a resistência do corpo com relação à mudança do repouso para o movimento ou vice-versa. Quanto maior é a massa de um corpo, maior é a resistência de mudar o estado em que se encontra, seja ele de repouso, seja de movimento. Para determinar a massa de um corpo, geralmente utiliza-se uma balança, instrumento que compara essa quantidade de matéria com a massa adotada como padrão. A unidade de medida de massa-padrão determinada no SI é o quilograma (​​ kg) ​​.

Daniel Zeppo/Arquivo da editora

Imagem sem proporção e em cores fantasia.

Peso Confira na imagem a representação do vendedor de uma barraca de frutas atendendo um cliente. O profissional está utilizando um instrumento que serve para medir a força aplicada em um corpo: nesse caso, a força peso. Com o resultado obtido no instrumento, o vendedor calcula o valor que o cliente pagará pela mercadoria. Representação de um vendedor utilizando uma balança portátil.

2. Em algumas situações do dia a dia, é comum usar o termo peso com conotação igual à de massa. Porém, em aspectos físicos, esses termos não são sinônimos. Então, o que é peso?

Admite-se que peso é a força que atua nos materiais em decorrência de uma atração gravitacional entre as massas deles. Assim, aqui na Terra, o peso de um material indica a força gravitacional que o planeta exerce sobre a massa dele. Uma vez que a atração gravitacional varia de acordo com a localização, o peso de um objeto dependerá do lugar onde ele é avaliado. A imagem demonstra as variações gravitacionais da Terra, com as regiões na cor azul apresentando atração gravitacional menor e as coloridas em amarelo e laranja indicando atração maior. Toda matéria tem massa, mesmo que esteja isolada no Universo, mas só terá peso se estiver sujeita à ação gravitacional de outro material com massa significativa.

ESA/NASA

Resposta: Peso indica a força gravitacional que o planeta exerce sobre a matéria.

Imagem de variações do campo gravitacional da Terra.

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05/11/2024 15:09:43

Castleski/Shutterstock.com

Dica Peso e massa são grandezas proporcionais: quanto maior a força gravitacional, maior será o peso.

3. Em sua opinião, o peso e a massa de um

astronauta na Terra e na Lua são os mesmos?

Resposta: As massas são as mesmas, os pesos são diferentes.

Os astronautas flutuam quando estão em órbita. Esse fato indica que eles perdem suas massas? A resposta para essa questão é negativa, afinal, se isso ocorresse, eles deixariam de existir!

Astronauta em uma missão espacial.

A massa de um astronauta é a mesma independentemente de estar na Terra ou na Lua. No entanto, em razão das diferentes atrações gravitacionais, o peso dele na Terra é maior (aproximadamente seis vezes) do que na Lua. O cálculo do peso (​P​ é o peso em N ​ ​) de um material é dado pelo produto entre a sua massa (​m​é a massa do material em ​kg​) e a aceleração da gravidade local (​g​é a aceleração da gravidade em ​m/​s​​ 2​​). Assim: 4. Calcule o peso de um astronauta de ​75 kg​na

​P ​= ​m ​· ​g​ Sendo o peso uma força, a unidade dele no SI é o newton ​​(N) ​​.

Terra, com a aceleração da gravidade sendo de ​9,8 m/​s​2​, e na Lua, com a aceleração da gravidade sendo de 1​ ,6 m / ​s​2​.

Resposta: Na Terra: ​735 N​. Na Lua: ​120 N​.

Volume

Imagem sem proporção e em cores fantasia. Daniel Zeppo/Arquivo da editora

Confira na representação o atendente de um restaurante preparando suco de laranja em uma jarra com a indicação​ 1 000 ​cm​​  3​​, para depois servir a bebida em copos de ​300 mL​. 5. A que se referem as medidas destacadas no texto? Resposta: À capacidade da jarra e do copo, respectivamente.

O volume de um corpo é a quantidade de espaço ocupada por ele em que as unidades são valores de tamanho cúbico, por exemplo, ​​cm​​ 3​​, ​​dm​​ 3​​ e ​​m​​ 3​​.

Representação de um atendente preparando suco de laranja.

Capacidade é a quantidade de volume líquido que comporta certo volume de um corpo. A unidade dela é medida em litros (​​ L) ​​ ou variações dessa unidade (​mL​, ​dL​, ​kL​etc.).

Na situação apresentada, o suco de laranja pode ocupar 1 ​ 000 ​cm​​ 3​​ na jarra que o atendente está utilizando para preparar o suco. No SI, a unidade de medida da grandeza volume é o metro cúbico (​​ ​m​​ 3​)​​, sendo que: • ​1 ​m​​ 3​​ equivale a ​1 000 ​dm​​ 3​​;

• ​1 ​dm​​ 3​​ equivale a ​1 000 ​cm​​ 3​​. Para calcular o volume de um sólido regular, como um cubo, considera-se o produto da área da base pela altura. Nesse caso, em que: • ​V​é o volume do cubo em ​​m​​ 3​​;

​V ​= ​A ​· ​h​ • ​A​é a área da base do cubo em ​​m​​ 2​​;

• ​h​é a altura do cubo em ​m​.

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05/11/2024 15:09:44

Charles D. Winters/Science Source/Fotoarena

Em um laboratório de química, é comum usar os equipamentos que aparecem na fotografia a seguir para medir o volume de materiais. Note a relação entre medida de volume e medida de capacidade. 1. proveta

2.

1.

2. balão volumétrico com tampa

4.

UNIDADE

1

Imagens desta página sem proporção e em cores fantasia.

3. pipeta graduada

5.

4. bureta 6.

5. pipeta volumétrica 6. micropipeta 7. microsseringa com agulha

3.

7.

Equipamentos utilizados em laboratório de química.

Rafael Luís Gaion/Arquivo da editora

V​ ​= ​1 m ​· ​1 m ​· ​1 m​, portanto, ​1 ​m​​ 3​​, o qual equivale à capacidade de ​1 000 L​. 3

​V ​= ​1 dm ​· ​1 dm ​· ​1 dm​, portanto, ​1 ​dm​​ ​​, o qual equivale à capacidade de ​1 L​.

6. Qual é o volume em ​​

cm​​ 3​​ do copo no qual é servido o suco de laranja no restaurante mencionado no exemplo da página anterior?

Resposta: ​300 ​cm​​ 3​​

Cubo de ​1 000 L​ao lado de cubo de ​1 L​.

Daniel Zeppo/Arquivo da editora

Densidade Ao beber um copo de água com gelo, você já deve ter notado que os cubos de gelo não ficam na parte de baixo do recipiente, mas boiando. Uma parte do gelo, inclusive, fica acima da superfície da água. 7. Por que os cubos de gelo flutuam em um copo com água?

Representação de um copo de água com cubos de gelo.

Resposta: Porque a densidade do gelo é menor do que a da água.

A densidade é a grandeza física que relaciona a massa de um material com o seu volume. Ela pode ser expressa pelo quociente entre a massa e o volume: m ​d ​= _ ​​ ​​ V

em que: • ​d​é a densidade;

• ​m​ é a massa do corpo em ​kg​;

• ​V​ é o volume do corpo em ​​m​​ 3​​.

No SI, a unidade de medida da densidade de um corpo é o quilograma por metro cúbico ​​(kg / ​m3​​ ​)​​. No cotidiano, contudo, são usadas outras unidades: o grama por centímetro cúbico (​​ g / c​m3​​ ​)​​ e o grama por mililitro (​​ g/mL) ​​. 8. Considerando que a massa de um cubo de gelo é de aproximadamente 6​ 4,80 g​e que o volume é de 7​ 2,00 c​m​3​, calcule a densidade dele. Em seguida, compare-a com a densidade do suco de laranja ​(1,02 ​g/cm​​3​)​.

Resposta: A densidade do cubo de gelo é ​​0,90 g/cm​​ 3​​. É menor do que a do suco de laranja; assim, tende a flutuar nele.

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05/11/2024 15:09:45

Pressão Daniel Zeppo/Arquivo da editora

Confira a imagem a seguir.

Resposta: Por causa da redução da pressão dentro do canudo e em razão da pressão atmosférica.

9. Como o suco de laranja (líquido) que está no copo pode subir pelo canudo?

A situação apresentada está relacionada à atuação da pressão sobre os corpos. Quando sugamos o ar de dentro de um canudo que está parcialmente imerso em um copo com suco, ocorre a diminuição da pressão no interior dele, que se torna menor do que a pressão atmosférica. Essa diferença de pressão faz o líquido subir pelo canudo. Representação de uma pessoa tomando suco de laranja com um canudo.

Imagem sem proporção e em cores fantasia.

Para compreender o que é pressão, tomemos como exemplo uma caixa de massa ​6 kg​submetida à aceleração gravitacional de ​10 m/​s​​ 2​​. Nesse caso, o respectivo peso é igual a ​60 N​. Considere que essa caixa esteja em cima de uma mesa cuja área seja de 4 ​ ​m​​ 2​​, sobre a qual exerce determinada força. Para saber qual é essa força, basta determinar a razão entre a força que a caixa exerce sobre a área dessa mesa e a área da mesa. 60 N _ ​​= ​15 N / ​m​​ 2​​ ​​ 4 ​m​​ 2​ Isso significa que, a cada ​1 ​m​​ 2​​ da mesa, está sendo aplicada uma força de ​15 N​.

Pressão é a razão da força pela área. Se uma força (​​ F)​​ atua sobre uma determinada área (​​ A)​​ de uma superfície, a pressão (​​ P)​​ exercida pela força sobre essa superfície é, por definição:

F ​P ​= _ ​​ ​​ A

A unidade de pressão no SI é pascal ​​(Pa) ​​, em homenagem ao físico e matemático francês Blaise Pascal (1623-1662), que fez os primeiros estudos sobre mecânica de fluidos e realizou importantes experiências com a pressão atmosférica, concluindo que, com o aumento da altitude, há diminuição na pressão atmosférica. Resposta: O ar tem massa, logo terá peso quando estiver submetido à ação gravitacional.

Dica

No SI, a unidade de força é o newton (​​ N)​​ e a unidade de área é o ​​m​​ 2​​. Como a pressão é calculada pela razão entre força e área, obtém-se a unidade pascal (​​ Pa) ​​, que é ​N/​m​​ 2​​. Assim, ​1 Pa​equivale a ​1 N/​m​​ 2​​. N ​ ​​∴ ​1 atm ​= ​1,01 ​· ​​10​​ 5​Pa​ ​1 atm ​= ​1,01 ​· ​​10​​ 5​_ ​m​​ 2​

10. O ar tem peso?

O barômetro de Torricelli é formado por um tubo capilar de aproximadamente ​100 cm​de comprimento que contém mercúrio (​​ Hg) ​​, sendo fechado em uma das extremidades. Esse instrumento fica imerso, com a extremidade aberta voltada para baixo, em um recipiente que também contém mercúrio. O esperado é que todo o mercúrio líquido do tubo escoe para o interior da bacia; no entanto, a pressão do ar sobre a superfície do mercúrio presente na bacia impede esse escoamento total. Quando essa pressão diminui, certa quantidade de mercúrio do tubo escoa para a bacia e, consequentemente, a altura da coluna de mercúrio no tubo diminui.

Coleção particular/Science History Images/Alamy/Fotoarena

Em estudos a respeito dos gases atmosféricos, o físico e matemático italiano Evangelista Torricelli (1608-1647) verificou que a atmosfera tem capacidade de exercer pressão sobre a superfície terrestre. Em 1643, após muitos estudos e experimentos, ele desenvolveu um instrumento para medir a pressão atmosférica: o barômetro.

Gravura que representa Evangelista Torricelli na invenção do barômetro.

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05/11/2024 15:09:46

UNIDADE

1 Confira na imagem uma representação da inserção do barômetro de Torricelli no recipiente de mercúrio. 11. O que acontece com o metal mercúrio presente no tubo quando a pressão do ar aumenta?

​76 cmHg​

​equivalem a​

Heloísa Pintarelli/ Arquivo da editora

Ao nível do mar, o mercúrio líquido que se encontra no tubo capilar escoa até a altura de ​76 cm​no tubo. Esse valor é considerado o valor da pressão normal. ​760 mmHg ou 1 atmosfera ​(1 atm) ​​

Torricelli relacionou o resultado desse experimento à influência da pressão atmosférica no peso da coluna de mercúrio no tubo, pois quanto maior a pressão do ar, maior fica a coluna de mercúrio no capilar. Ao usar o barômetro de Torricelli, observa-se que a altura da coluna de mercúrio varia conforme a altitude em que é medida.

A pressão atmosférica ​​(​P​A​​)​​ ao nível do mar é equivalente à pressão de uma coluna de mercúrio de 7 ​ 60 mm​de altura, a ​0 ° C​e em um local em que o módulo da aceleração gravitacional tem valor ​g ​= ​9,81 m/​s​​ 2​​.

Considerando que ​V​é o volume da coluna, ​​m​Hg​​​ é a massa da coluna de mercúrio com seção reta de área ​A​ e ​​ρ​ Hg​​​ é a densidade do mercúrio, temos que ​​m​Hg​​ ​= ​​ρ​ Hg​​ ​· ​V​e ​V ​= ​A ​· ​h​. A pressão atmosférica em determinado local pode ser calculada pela expressão: ​ρ​ Hg​​ ​· ​V ​· ​g ​m​Hg​​ ​· ​g ​​P​A​​ ​= _ ​​ ​​⇒ ​​P​A​​ ​= _ ​​ ​​⇒ ​​P​A​​ ​= ​​ρ​ Hg​​ ​· ​g ​· ​h​ A A

Representação do funcionamento do barômetro de Torricelli. Imagens desta página sem proporção e em cores fantasia.

Dica É importante ressaltar que o referido experimento foi realizado ao nível do mar, a ​273 K​(equivalente, na escala Celsius, a ​0 ° C​) e em um local onde o módulo da aceleração gravitacional apresenta o valor ​g ​= ​9,81 m/​s​​ 2​​. Considere, ainda, que a densidade do mercúrio nessas condições seja igual a ​​ρ​ Hg​​ ​= ​13,60 ​· ​​10​​ 3​kg/​m​​ 3​​.

11. Resposta: Com o aumento da pressão do ar, menos quantidade do metal mercúrio presente no tubo escoa para a bacia e, consequentemente, a coluna desse metal no tubo aumenta.

Substituindo os valores relativos às grandezas ao nível do mar e a ​0 ° C​nessa expressão, obtém-se: ​​P​A​​ ​= (​​ 13,60 ​· ​​10​​ 3​kg/​m​​ 3​)​​· (​​ 9,81 m/​s​​ 2​)​​· (​​ 0,76 m) ​ ​⇒ ​​P​A​​ = 1,01 ​· ​​10​​ 5​Pa​

Assim, ​1 atm​equivale a aproximadamente ​1 ​· ​​10​​ 5​Pa​.

Temperatura e calor Observe a situação a seguir. 12. Em que situações geralmente utilizamos os termos quente ou frio?

Daniel Zeppo/Arquivo da editora

Nossa, como está calor hoje!

Hoje está calor ou está quente?

Geralmente, utilizamos os termos quente e frio em situações que envolvem o conceito de temperatura. A temperatura é a grandeza física relacionada à energia térmica do material (o estado térmico dele). Assim, o movimento das partículas que constituem um material é maior conforme esse material fica mais quente. Essa agitação térmica indica que ele tem energia de movimento (energia cinética). Logo, a temperatura é a grandeza que mede a energia cinética média das partículas de um objeto. Representação de pessoas em dia ensolarado.

12. Resposta: O objetivo desta questão é levar os estudantes a relacionar o uso dos termos quente e frio a situações que envolvem temperatura.

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05/11/2024 15:09:47

A temperatura pode ser medida em diversas escalas, sendo as mais comuns a Celsius, a Fahrenheit e a Kelvin. No Brasil, a mais usada delas é a Celsius; nos Estados Unidos, usa-se a escala Fahrenheit, assim como em diversos países europeus.

txking/Shutterstock.com

Alex Churilov/Shutterstock.com

O instrumento utilizado para medir a temperatura é o termômetro. Por volta de 1720, o físico polonês Daniel Gabriel Fahrenheit (1686-1736) construiu os primeiros termômetros confiáveis. O modelo mais conhecido é o líquido, ou clínico, no qual a temperatura corporal pode ser medida pela variação da altura do líquido que está contido dentro dele. Em geral, esse líquido pode ser o mercúrio ou o álcool colorido. Há ainda os termômetros à pressão de gás; os culinários; os meteorológicos, que medem as temperaturas do ambiente; e o de infravermelho (pirômetro óptico), que informa a temperatura de um corpo ao medir a irradiação térmica da superfície dele. Os mais usados e procurados são os clínicos e os meteorológicos.

Termômetro digital.

Termômetro de álcool.

ºC

B.

C.

100

0

K

ºF

373

212

273

32

Heloísa Pintarelli/Arquivo da editora

A. A. temperatura de ebulição da água a ​1 atm​: ​ 100 ° C​; ​373 K​; ​212 ° F​

B. temperatura de fusão da água a ​1 atm​: ​ 0 ° C​; ​273 K​; ​32 ° F​

C. zero absoluto: ​− 273 ° C​; ​0 K​​; ​− 459,4 ° F​ Imagem sem proporção e em cores fantasia.

–273

0

– 459

Representação das escalas Celsius, Kelvin e Fahrenheit.

Professor, professora: Comente com os estudantes que a fabricação e a comercialização de termômetros de mercúrio foram proibidas desde 2019 devido à toxicidade desse metal. Comente também que esse tipo de termômetro não pode ser descartado no lixo comum. Deve-se procurar pontos de coleta específicos.

A unidade de temperatura no SI é o kelvin ​​(K) ​​. As equações de conversão de temperaturas nessas escalas são: ​​T​K​​ ​= ​​T​C​​ ​+ ​273​

​T​C​​ ​T​F​​ ​− ​32 _ ​​ ​​= _ ​​ ​​ 5 9

​T​K​​ ​− ​273 _ ​T​F​​ ​− ​32 _ ​​ ​​= ​​ ​​ 5 9

em que: • ​​T​K​​ ​= ​temperatura na escala Kelvin​; • ​​T​C​​ ​= ​temperatura na escala Celsius​; • ​​T​F​​ ​= ​temperatura na escala Fahrenheit.​ Cris Faga/Shutterstock.com

Confira na fotografia o termômetro que mostra a temperatura ambiente em um dia no município de São Paulo. Ela está em graus Celsius, mas pode ser convertida tanto para a escala Kelvin quanto para a Fahrenheit. Nesse ambiente, a temperatura apresentada no termômetro é ​34 °C​. ​​T​K​​ ​= ​​T​C​​ ​+ ​273 ​⇒ ​​T​K​​ ​= ​34 ​+ ​273 ​⇒ ​​T​K​​ ​= ​307 ​∴ ​​T​K​​ ​= ​307 K​ ​T​C​​ ​T​F​​ ​− ​32 _ 34 ​T​F​​ ​− ​32 ​​ ​​⇒ ​​ ​​= _ ​​ ​​⇒ ​93,2 ∴ ​T​F​​ ​= ​93,2 ° F​ ​​_​​= _ 5 5 9 9 Assim, no ambiente apresentado, a temperatura de ​34 °C​corres­ ponde a ​307 K​ou ​93,2 ° F​.

Termômetro no município de São Paulo (SP), em 2023.

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05/11/2024 15:09:48

UNIDADE

1 Calor é a energia térmica em trânsito. Assim, a energia térmica é transferida de um material para outro, desde que, entre eles, haja diferença de temperatura. O calor pode se transferir de um corpo a outro por condução, convecção ou irradiação.

FotoCuisinette/Shutterstock.com

FOTOGRIN/Shutterstock.com

Na transferência de energia na forma de calor por condução, a energia se propaga por causa da agitação das partículas do material. Esse processo é mais eficiente em materiais como os metais, que são bons condutores de calor. Isso também explica o motivo de muitas panelas serem feitas desse material.

Pessoa utilizando utensílio de madeira em uma panela quente.

Como os metais são bons condutores, o calor pode ser transferido por condução para a mão da pessoa por meio do utensílio metálico.

A utilização de utensílios de madeira ou com cabo feito de outro material que não seja bom condutor de calor diminui a condução do calor para a mão da pessoa.

Nos líquidos e gases, há transferência de energia por convecção. ambrozinio/Shutterstock.com

A transferência de energia na forma de calor por convecção é comum em gases e líquidos. Assim, ao colocar água para ferver em uma panela, por exemplo, a parte do líquido que está mais próximo do fogo será a primeira a aquecer. Quando isso acontece, tende a sofrer expansão, ficando menos densa do que a água da superfície (que está mais fria). Dessa maneira, ela tende a se deslocar para ficar por cima, enquanto a parte mais fria e mais densa se move para baixo. Esse ciclo repete-se várias vezes e forma uma corrente denominada corrente de convecção, que é ocasionada pela diferença entre as densidades. Isso faz com que o fluxo de energia na forma de calor seja transferido para todo o líquido.

JHPhtography/Shutterstock.com

Pessoa utilizando utensílio metálico em uma panela quente.

Na irradiação ou radiação térmica, a transferência de calor ocorre por meio de ondas eletromagnéticas, as quais podem se propagar no vácuo. Quando materiais com diferentes temperaturas são colocados em contato, o fluxo de calor passa do material com maior temperatura para o com menor temperatura. Esse fluxo de energia continuará enquanto os dois materiais em contato não atingirem a mesma temperatura. Por exemplo, ao segurar uma xícara com chá quente, a energia térmica da bebida é transferida na forma de calor para a xícara e para as mãos até que a temperatura se iguale.

Graças à irradiação, podemos nos aquecer nas proximidades de uma lareira ou fogueira sem que haja contato direto com o fogo.

13. Em aparadores usados para manter a temperatura

dos alimentos em restaurantes, quais tipos de transferência de energia na forma de calor ocorrem?

Resposta: Condução e convecção.

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05/11/2024 15:09:49

Na Química, para representar as grandezas físicas, de forma geral, faz-se uso de números em notação científica e em ordem de grandeza. A notação científica facilita a escrita de um número.

Números em notação científica Um número em notação científica é representado na forma de um produto de dois fatores. Um deles tem, em sua parte inteira, um número diferente de zero; o outro é uma potência de dez, que pode ser positiva, nula ou negativa. Dessa forma, o número ​​(n) ​​ em notação científica poderá ser representado da seguinte maneira: em que: • ​n ​= número a ser convertido para a notação científica​;

y

​n ​= ​x ​· ​​10​​ ​​

• ​​x ​= número compreendido entre 1 ​(​​inclusive​)​​ e 10 (​ ​​exclusive​)​​; • ​y ​= número pertencente ao conjunto dos números inteiros.​

Confira no quadro Exemplos de números reais expressos em notação científica alguns números representados em notação científica.

Para representar um número, também pode-se utilizar os símbolos dos prefixos do Sistema Internacional. Observe o quadro Exemplos de prefixos e símbolos.

Exemplos de números reais expressos em notação científica Número

Em notação científica

62

​6,2 ​· ​​10​​ 1​​

1 962

​1,962 ​· ​​10​​ 3​​ ​6,2 ​· ​​10​​ −6​​

0,0000062

Exemplos de prefixos e símbolos Prefixo

Multiplicador

Símbolo

pico

​​· ​​10​​ −12​​= ​0,000000000001​

​p​

nano micro mili centi quilo mega giga

−9

​​· ​​10​​ ​​= ​0,000000001​

​n​

−6

​​· ​​10​​ ​​= ​0,000001​

​μ​

−3

​m​

−2

​c​

3

​k​

​​· ​​10​​ ​​= ​0,001​ ​​· ​​10​​ ​​= ​0,01​ ​​· ​​10​​ ​​= ​1 000​​ 6

​M​

​​· ​​10​​ ​​= ​1 000 000​​ 9

​​· ​​10​​ ​​= ​1 000 000 000​​

​G​

Ordem de grandeza Para fazer a conversão de um número em sua representação em notação científica, é preciso considerar o valor numérico de determinada grandeza. Nesse caso, os cientistas costumam expressá-la em ordem de grandeza. Em linhas gerais, a ordem de grandeza de um número é a potência de dez mais próxima dele. Assim, a ordem de grandeza do número 18 é 10 elevado a 1, porque 18 está mais próximo de 10 elevado a 1 do que de 10 elevado a 2. Já a ordem de grandeza do número 62 é 10 elevado a 2. y

Para expressar a ordem de grandeza de um número, devemos escrevê-lo em notação científica:​ n = x · ​10​​ ​​ e considerar os casos a seguir. _ y • Se o valor de ​x​for menor do que ​​√ 10 ​​, ou seja, 3,16, a ordem de grandeza do numeral será ​​10​​ ​​. y+1 • Se o valor de ​x​for maior do que √ ​​​ 10 ​​​, ou seja, 3,16, a ordem de grandeza do numeral será ​​10​​ ​​.

_

Assim, a ordem de grandeza do numeral ​8,26 · ​10​​ 5​​ é ​​10​​ 6​​ porque 8,26 é maior do que 3,16 e, nesse caso, devemos acrescentar uma unidade ao expoente da notação científica. A ordem de grandeza do número ​2,31 · ​10​​ 4​​ é ​​10​​ 4​​ porque 2,31 é menor do que 3,16 e, nesse caso, devemos manter o expoente da notação científica.

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05/11/2024 15:09:49

Respostas das questões 1, 3, 6 e 7 nas Orientações para o professor.

1. Confira as grandezas físicas a seguir e realize as transformações solicitadas. Resoluções nas a ) ​3 km​em ​m​. b ) ​2,5 km​em ​mm​. c ) ​4,5 km​em ​cm​. d ) ​3,1416 ​m​2​em ​cm​​2​​. e ) ​3,5 ​mm​​2​em ​m​2​​. f ) ​3 ​m​3​em ​dm​​3​​. g ) ​450,8 ​dm​​3​em ​cm​​3​​. h ) ​200 ​cm​​3​em ​dm​​3​​. i ) ​100 ° C​em ​K​. j ) ​350 K​em ​° C​. k ) ​50 min​em ​s​. l ) ​1 200 s​em ​min​. m) ​2 h​em ​min​. n ) ​14 400 s​em ​h​.

Orientações para o professor.

NÃO ESCREVA NO LIVRO.

6. Uma cientista realiza experimentos em um laboratório na Terra e em um laboratório espacial na Lua. Ela precisa pesar uma amostra de ​500 g​de um composto químico em ambos os locais. a ) Qual é a massa da amostra na Terra e na Lua? Explique sua resposta. b ) Qual é o peso da amostra na Terra e na Lua? Considere que a aceleração da gravidade na Terra é aproximadamente ​9,8 m/​s​​ 2​​ e na Lua é aproximadamente ​1,6 m/​s​​ 2​​.

5. Resposta: O cálculo da pressão média ​P​é dado pela relação ​P ​= ​F/A​, em que ​F​é a força aplicada e ​ A​é a área. Pela expressão, nota-se que força e área são grandezas inversamente proporcionais. Na situação apresentada, a área diminui pela metade, logo, a pressão média vai dobrar, correspondendo a ​2 ​· ​P​.

Resolução nas Orientações para o professor.

7. Imagine que você esteja se preparando para um dia frio. Assim, faz um chá quente e se aconchega ao lado de um aquecedor elétrico. WIROJE PATHI/Shutterstock.com

ATIVIDADES

2. Reescreva os numerais a seguir em notação científica. a ) 2 300 b ) 0,0004 c ) 180 000 000 000

UNIDADE

1

4. Resposta: A massa da solução é ​460 g​e do volume é ​800 ​cm​​ 3​​. Resolução nas Orientações para o professor.

Xícara de chá.

Resoluções nas Orientações para o professor. Resposta: a) ​2,3 ​· ​​10​​ 3;​​ b) ​4,0 ​· ​​10​​ −4​​​;​ c) ​1,8 ​· ​​10​​ 11​​​;​ d) ​3,14 ​· ​​10​​ −13​​​.​

d ) 0,000000000000314

3. Um dos exames solicitados pelos médicos para

fazer a avaliação clínica de um paciente é a determinação da densidade da urina, que avalia a capacidade do rim de produzir urina concentrada. A densidade normal pode variar entre​ 1,005 g / mL​e ​1,035 g / mL​. Por que a urina humana apresenta densidade maior do que a da água (​​ d = 1,0 g / mL) ​​?

4. Uma solução cuja densidade é de ​575 g / L​foi preparada dissolvendo-se ​80 g​ de hidróxido de sódio ​(NaOH)​em ​380 ​cm​​3​de água. Determine, respectivamente, a massa da solução obtida e seu volume. (Dado: ​densidade da água = ​1,0 g/​cm​​3​​). pé, com seus pés no chão. ​P​é a pressão média sobre o chão, debaixo das solas dos seus sapatos. Se suspender um pé, equilibrando-se em apenas um, qual seria a nova pressão média? Homem se equilibrando em uma perna.

carballo/Shutterstock.com

5. Considere que você esteja em

a ) Explique como o calor é transferido do chá quente para o ar ao seu redor. Qual método de transferência de energia está envolvido nessa situação? b ) Como o aquecedor elétrico aquece o ambiente? Descreva os métodos de transferência de calor que estão ocorrendo. c ) Se você tocar na xícara de chá quente, consegue sentir o calor. Qual método de transferência de calor está envolvido nesse caso?

8. Para cada uma das situações a seguir, determine a

ordem de grandeza (potência de 10 mais próxima) da medida apresentada. Lembre-se de que a ordem de grandeza é uma estimativa simplificada para expressar quão grande ou pequeno um número é. a ) A distância média da Terra até a Lua é de aproximadamente ​384 400 km​. −8 9

Resposta: Como ​3, 8 ​> ​3,16​, a ordem de ​3, 844 ​· ​​10​​ ​ m​é ​​10​​ ​​.

b ) A massa de um átomo de ferro (​ Fe)​é aproximadamente ​9,27 ​· ​10​​−26​kg​. −23 −22

Resposta: Como ​9, 27 ​> ​3,16​, a ordem de ​9, 27 ​· ​​10​​

​ g​é ​​10​​

​​.

c ) Um urso-pardo adulto tem cerca de 3 000 000 , pelos. Resposta: Como ​36 ​< ​3,16​ 6 a ordem de ​3 ​· ​​10​​ ​​ é ​​10​​ ​​.

d ) O coração humano bate cerca de 180 vezes por minuto durante uma atividade física intensa. 2 2 Resposta: Como ​1, 8 ​< ​3,16​, a ordem de ​1, 8 ​· ​​10​​ ​​ é ​​10​​ ​​.

e ) A quantidade de células no corpo humano é cerca de 37 trilhões (37 000 000 000 000). 13 14 Resposta: Como ​3, 7 ​> ​3,16​, a ordem de ​3, 7 ​· ​​10​​ ​​ é ​​10​​ ​​.

f ) O diâmetro de um fio de cabelo humano é aproximadamente ​0,1 mm​. 8. f ) Resposta: Como ​1 ​< ​3,16​, a ordem de ​1 ​· ​​10​​ −4​​ é ​​10​​ −4​​.

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05/11/2024 15:09:50

CAPÍTULO

3

A matéria 1. Resposta: O objetivo desta questão é levantar os conhecimentos prévios dos estudantes sobre o assunto. Espera-se que eles respondam que átomo é a unidade básica da matéria, que carrega características específicas de determinado elemento.

O estudo da matéria

2. Resposta: Espera-se que os estudantes respondam que os átomos são encontrados em toda a matéria existente no Universo.

O seu corpo, assim como o de qualquer outro ser humano, é composto por diferentes sistemas, órgãos, tecidos e células. E se dissessem a você que os seres humanos e todos os seres vivos ou elementos não vivos no Universo são compostos de átomos, você concordaria com essa afirmativa? Tudo aquilo que tem massa e ocupa lugar no espaço é chamado de matéria e toda matéria é constituída de átomos. Então, sim, podemos afirmar que os seres humanos são compostos de um conjunto de átomos, que podem interagir e reagir uns com os outros. Atualmente, sabemos que um átomo apresenta uma região central, chamada núcleo, e uma periférica, denominada eletrosfera. E sabemos também que ele é composto de estruturas ainda menores, chamadas partículas subatômicas, como os prótons, os nêutrons e os elétrons. Confira essas estruturas na imagem.

1. O que é átomo? 2. Onde podemos

encontrar os átomos?

A. Imagens desta página sem proporção e em cores fantasia.

Representação da estrutura de um átomo de carbono ​​(C)​​.

B.

A. Eletrosfera: região localizada ao redor do núcleo e

onde estão os elétrons (representados em amarelo).

B. Núcleo: região central do átomo composta de O átomo é eletricamente neutro, ou seja, conprótons (representados em rosa) e nêutrons tém o mesmo número de prótons e elétrons, e a (representados em azul). maior parte de sua massa está concentrada no núcleo, com a massa dos elétrons sendo praticaDica mente desprezível. Já a eletrosfera concentra o O volume é a grandeza física que se refere ao espaço ocupado por um maior volume de um átomo, quando comparada corpo. Corpos com maior volume ocupam mais espaço no meio. ao núcleo atômico. Os átomos podem se unir com outros átomos iguais ou diferentes, em proporções variadas, formando substâncias. A molécula de oxigênio ​​(​O​2​​)​​, por exemplo, é formada pela união de dois átomos de oxigênio ​​(O)​​. Já a molécula de água (​​ ​H​2​​ O)​​ é formada pela união de dois átomos de hidrogênio (​​ H)​​ e um átomo de oxigênio. Ilustrações: Sergio Lima/ Arquivo da editora

​O​ +

​O​

​O​

Representação da formação da molécula de oxigênio.

​​O​2​​​

​H​ Representação da formação da molécula de água.

+

​​H​2​​ O​ ​H​

3. Analisando as imagens, quais partículas subatômicas permitem aos átomos interagir entre si? Resposta: Os elétrons.

38

05/11/2024 15:16:32

UNIDADE

1

Origem dos elementos químicos Os átomos com o mesmo número de prótons no núcleo atômico correspondem a um elemento químico. Esses e tantos outros elementos químicos estão presentes em todo o Universo e fazem parte de toda a matéria existente. Você já parou para pensar como surgiram esses e os demais elementos químicos?

Imagem sem proporção e em cores fantasia.

A.

Representação do Big Bang.

B.

C.

D.

Vectormine/Shutterstock.com

Atualmente, a teoria do Big Bang é a mais aceita para explicar a origem do Universo. Nela, o Universo teria começado a partir de um ponto material extremamente quente e denso, que continha toda a energia existente no Universo e que sofreu uma rápida expansão e resfriamento, formando a matéria que compõe as galáxias, as estrelas e os planetas. Confira a seguir algumas etapas do Big Bang. E.

Imagem elaborada com base em: UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL. O Big Bang. Disponível em: http://www.if.ufrgs.br/fis02001/aulas/cosmo3.html; UNIVERSITY OF CALIFORNIA. Origin of the elements. Disponível em: https://www2.lbl.gov/abc/wallchart/chapters/10/0.html. Acessos em: 7 ago. 2024.

A. Logo após o início da expansão do Universo, a temperatura era extremamente alta e havia grande quantidade de energia.

B. À medida que o Universo se expandia, a temperatura diminuía, possibilitando a formação das primeiras partículas, conhecidas como quarks. Alguns segundos depois, formaram-se outras partículas, como os elétrons. Conforme a expansão ocorria, os quarks deixaram de existir isoladamente e passaram a se combinar, formando prótons e nêutrons.

C. Após cerca de três minutos da grande explosão, a temperatura atingiu valores que possibilitaram a formação de

núcleos leves de deutério, pela colisão e fusão de prótons e nêutrons. Esses núcleos se combinaram com outras partículas e deram origem a núcleos de hidrogênio, hélio (​​ He)​​ e lítio (​​ Li)​​ em pequenas quantidades.

D. A contínua redução da temperatura possibilitou que os elétrons se combinassem com esses núcleos e formassem os primeiros átomos. Os átomos são a menor porção do elemento químico que carrega suas propriedades.

E. Ao longo de seu desenvolvimento, o Universo foi se expandindo e resfriando. Com isso, a matéria existente se

As primeiras estrelas eram compostas basicamente dos elementos químicos hélio e hidrogênio. No interior delas, as condições de pressão e temperatura possibilitaram a formação de outros elementos químicos que passaram a fazer parte do Universo.

CXC/JPL-Caltech/PSU/CFA/NASA

condensou, formando nuvens de gás. Essas nuvens deram origem às primeiras estrelas e, cerca de 1 bilhão de anos depois, formaram-se as primeiras galáxias.

Cepheus B, nuvem densa de gás e poeira remanescente da formação de uma galáxia e rica no elemento químico hidrogênio, localizada na Via Láctea.

39

05/11/2024 15:16:34

O tamanho das estrelas é um dos fatores que interfere nas condições internas e na formação dos elementos químicos. Confira a seguir os elementos químicos formados ao longo da evolução de estrelas com tamanho inferior a oito massas solares – menor do que 8 vezes a massa do Sol (​​ 1,9 ​· ​​10​​ 30​kg)​​. Imagens desta página sem proporção e em cores fantasia.

B.

A.

C.

Representação de parte da evolução de uma estrela com tamanho inferior a 8 vezes a massa solar.

A. No interior dessas estrelas, ao longo de bilhões de anos, ocorre a fusão de átomos de hidrogênio, resultando na formação de átomos de hélio.

B. No interior das gigantes vermelhas, as condições de temperatura e pressão possibilitam que a fusão de átomos de hélio resulte em átomos de carbono e de nitrogênio (​​ N)​​.

C. Na fase de anã-branca, podem ocorrer explosões que favorecem a formação de átomos dos

elementos químicos hélio, carbono, oxigênio, nitrogênio e neônio (​​ Ne)​​. Além disso, podem se formar os átomos dos elementos químicos níquel (​​ Ni)​​, cobre (​​ Cu)​​ e ferro (​​ Fe)​​.

A.

Representação de parte da evolução de uma estrela com tamanho superior a 8 massas solares.

Ilustrações: Alexandre de Souza/Arquivo da editora

Confira a seguir os elementos químicos formados ao longo da evolução de estrelas com tamanho superior a 8 massas solares. B. C.

Imagens elaboradas com base em: NASA. What is Your Cosmic Connection to the Elements? Disponível em: https://www.nasa.gov/ pdf/190387main_Cosmic_Elements.pdf. Acesso em: 7 ago. 2024.

A. Nessas estrelas, a fusão entre átomos de hidrogênio e hélio ocorre de modo mais rápido, encerrando-se em menos de 1 bilhão de anos.

B. Nas supergigantes vermelhas, as condições extremas possibilitam que átomos de hélio e de carbono

deem origem a átomos de oxigênio. Nessa fase, ocorrem diversos processos, em diferentes camadas das estrelas, que resultam em átomos de vários elementos químicos, como magnésio (​​ Mg)​​, neônio (​​ Ne)​​, silício​(​ Si)​​, nitrogênio, sódio (​​ Na)​​, alumínio (​​ A𝓁) ​​, fósforo (​​ P)​​, cloro (​​ C𝓁) ​​, potássio (​​ K)​​, cálcio (​​ Ca)​​, níquel (​​ Ni)​​, titânio ​​(Ti)​​, vanádio (​​ V)​​ e argônio (​​ Ar)​​.

C. A grande explosão resultante da morte estelar cria condições para a formação de átomos dos elementos químicos silício e níquel, xenônio (​​ Xe)​​, platina (​​ Pt)​​ e ouro (​​ Au)​​, bem como de átomos mais pesados.

Além da formação de elementos químicos nas estrelas, é possível que alguns deles se originem do espaço, por ação dos raios cósmicos, que são formados por partículas como prótons e elétrons e se movem em alta velocidade. Esses raios podem se chocar com átomos existentes no espaço entre as estrelas, como átomos de hidrogênio e de hélio, originando átomos de outros elementos químicos, como lítio, berílio (​​ Be)​​ e boro (​​ B)​​. 4. Resposta: O objetivo desta questão é fazer que os estudantes

40

4. Como os elementos

químicos formados nas estrelas chegam a diferentes locais do espaço?

reflitam sobre a dispersão dos elementos químicos no espaço, relacionando-a com a formação das estrelas. Espera-se que eles comentem que esses elementos formados nas estrelas são dispersos pelas nebulosas planetárias, quando a estrela em colapso perde parte de suas camadas mais externas, e quando ocorrem explosões, como a supernova (morte estelar), que lança esses elementos no espaço.

05/11/2024 15:16:35

Distribuição dos elementos químicos Ao longo da origem e do desenvolvimento do Universo, diferentes elementos químicos se formaram e se espalharam pelo espaço. Os átomos desses elementos foram se unindo uns com os outros, originando as substâncias. Estas também interagiram entre si e originaram porções de matéria cada vez maiores, possibilitando a formação de diferentes astros, como estrelas, planetas e sistemas planetários.

UNIDADE

1

O Sistema Solar se formou há cerca de 4,6 bilhões de anos, a partir de uma nuvem densa de poeira e gás, chamada nebulosa solar. Ao entrar em colapso, a matéria dessa nuvem começou a se mover rapidamente, formando um disco. Nesse disco, as partículas microscópicas de matéria começaram a se unir, dando origem a corpos rochosos, que resultaram em planetesimais, que assim originaram os planetas. Mark Garlick/SPL/Fotoarena

Imagens desta página sem proporção e em cores fantasia.

A. Os planetesimais ricos em elementos químicos mais densos, como

metais e silicatos, foram mantidos na região mais interna do disco, próximo ao Sol, onde a temperatura era elevada. Esses planetesimais deram origem aos planetas rochosos Mercúrio, Vênus, Terra e Marte.

B. Substâncias voláteis, como água e amônia (​​ N​H​3​​)​​, foram A.

B.

empurradas para as porções mais externas do disco. Por causa das baixas temperaturas dessa região, essas moléculas se condensaram. Os planetesimais formados nessa região deram origem a planetas com núcleos rochosos e porções externas ricas em líquidos e gases, os chamados planetas gasosos Júpiter, Saturno, Urano e Netuno.

Representação da nebulosa solar.

5. Como os elementos químicos formados após o Big Bang ou no

interior das estrelas, por exemplo, foram incorporados à Terra?

A distribuição variável dos elementos químicos durante a formação do Sistema Solar interferiu na composição atual dos astros desse sistema planetário. Veja a seguir.

Fotos: Natalllenka.m/Shutterstock.com

Composto principalmente de hidrogênio e hélio, havendo também pequenas quantidades de oxigênio, carbono, ferro e nitrogênio.

Sua atmosfera é composta principalmente de oxigênio, sódio, hidrogênio, hélio e potássio. Seu núcleo, no entanto, é composto basicamente de ferro. Mercúrio.

Apresenta uma atmosfera composta de dióxido de carbono (​​ ​CO​2​​)​​, gás nitrogênio e nuvens contendo gotículas de ácido sulfúrico (​​ ​H​2​​S​O​4​​)​​. Seu núcleo é composto de ferro e níquel.

Sol. Astros (dimensões): Sol: aproximadamente 1​ 390 000 km​de diâmetro. Mercúrio: aproximadamente 4​ 879 km​de diâmetro. Vênus: aproximadamente 1​ 2 103 km​de diâmetro.

Vênus.

5. Resposta: Espera-se que os estudantes comentem que, em determinadas condições, os elementos químicos dispersos no Universo dão origem a nuvens de gás e poeira, resultando na formação dos sistemas planetários, como o Sistema Solar. Nesse processo, o material existente na nuvem sofre condensação, dando origem a uma estrela. O material restante dá origem a protoplanetas, que resultam em planetas, como a Terra.

41

05/11/2024 15:16:36

Fotos: Natalllenka.m/Shutterstock.com

Imagens desta página sem proporção e em cores fantasia.

Sua atmosfera é composta, principalmente, pelos gases nitrogênio e oxigênio. Além desses gases, há outros em menor quantidade, como argônio, dióxido de carbono e neônio.

Apresenta uma atmosfera composta pelos gases hidrogênio e hélio. Já seu núcleo é composto de ferro e níquel, envolvido por hidrogênio líquido. Saturno.

Terra.

Sua atmosfera é composta pelos gases dióxido de carbono, nitrogênio e argônio. Já seu núcleo tem ferro e níquel. Marte.

Urano.

Sua atmosfera é composta pelos gases hidrogênio, hélio, metano, amônia e vapor de água. Seu núcleo é formado por ferro e dióxido de silício (​​ Si​O​2​​)​,​envolvido por hidrogênio líquido. Júpiter.

Seu núcleo é composto de ferro e níquel, rodeado por água. Já sua atmosfera é composta pelos gases hidrogênio e hélio e uma pequena quantidade de metano, além de traços de água e amônia.

Sua atmosfera é composta pelos gases hidrogênio e hélio e uma pequena quantidade de metano ​​(C​H​4​​)​​. Seu núcleo é composto de ferro e níquel e é rodeado por água com amônia e metano dissolvidos. Netuno.

Astros (dimensões): Terra: aproximadamente 1​2 756 km​de diâmetro. Marte: aproximadamente 6​ 794 km​de diâmetro.

Júpiter: aproximadamente 1​42 984 km​de diâmetro. Saturno: aproximadamente 1​20 536 km​de diâmetro.

Urano: aproximadamente 5​ 1 118 km​de diâmetro. Netuno: aproximadamente 4​ 9 492 km​de diâmetro.

A estrutura da Terra Em determinado momento de sua formação, o material que compunha a Terra estava completamente derretido. Nesse estado, a maior parte dos átomos de ferro e dos átomos de outros elementos químicos mais densos se movimentou em direção ao centro do planeta, enquanto os mais leves se moveram para a superfície. Esse processo é chamado diferenciação planetária e possibilitou a formação das quatro camadas principais da Terra: núcleo interno, núcleo externo, manto e crosta, com constituições químicas variadas. Confira a seguir.

Johan Swanepoel/Shutterstock.com

A. C. D. B.

Representação da Terra em corte mostrando suas camadas.

A. Crosta: camada mais externa da Terra, formada basicamente pelos

elementos químicos oxigênio, silício, alumínio, ferro, cálcio, magnésio, potássio e sódio. Nas porções continentais, essa camada apresenta em média ​30 km​de espessura, enquanto no assoalho dos oceanos o valor médio é de ​5 km​. B. Manto: camada mais espessa da Terra, cuja composição química abrange principalmente os elementos oxigênio, magnésio, silício e ferro. Apresenta cerca de ​2 900 km​de espessura e é composta por rochas derretidas ricas em ferro e magnésio. C. Núcleo externo: região de aproximadamente 2​ 300 km​de espessura, composta de ferro e níquel líquidos. D. Núcleo interno: esfera sólida composta de ferro e níquel, com aproximadamente 1​ 220 km​de raio. Imagem elaborada com base em: IN DEPTH. Nasa Science. Disponível em: https://solarsystem.nasa.gov/planets/earth/in-depth.amp. Acesso em: 7 ago. 2024; PRESS, Frank et al. Para entender a Terra. 4. ed. Porto Alegre: Bookman, 2006. p. 31-32.

Embora haja na Terra mais de 100 elementos químicos, apenas 8 deles correspondem a mais de 99% da massa do planeta. Entre eles, destacam-se o ferro, o oxigênio, o silício e o magnésio, que totalizam mais de 90% da massa terrestre.

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ATIVIDADES

1. Leia o trecho do texto a seguir.

UNIDADE

1 3. a) A Terra não é homogênea, havendo predomínio de alguns elementos e variação entre as camadas da Terra. 3. b) O processo possibilitou a ocorrência e a distribuição diferencial dos elementos químicos, de acordo com sua densidade, resultando na formação das camadas da Terra.

NÃO ESCREVA NO LIVRO.

Indique a alternativa correta a seguir. a ) Apenas a afirmação I está correta.

Cerca de 14,5 bilhões de anos atrás, uma grande explosão (em inglês, Big Bang) formou o hidrogênio e o hélio, os elementos mais leves. Posteriores reações nucleares nas estrelas transmutaram estes elementos em outros mais pesados, incluindo o carbono, o nitrogênio, o oxigênio, o enxofre, o fósforo e a maioria dos outros elementos da tabela periódica. Explosões de estrelas com muita massa, chamadas de supernovas, espalharam os elementos pelo universo e, ao longo do tempo, os elementos pesados se juntaram para formar os planetas e os outros corpos celestes. Através de um processo, que ainda não é compreendido e sobre o qual continua a haver muita pesquisa, moléculas simples se formaram, eventualmente incluindo moléculas orgânicas que podem dar suporte à vida — os ácidos nucleicos que formam o DNA e o RNA, os aminoácidos que compõem as proteínas, os carboidratos, como a glicose, e outros tipos de moléculas. É a partir de elegantes blocos de construção moleculares como estes que a incrível riqueza da química e da vida evoluiu. Portanto, no verdadeiro sentido da palavra, nós, seres vivos, somos feitos de poeira estelar, e sem as supernovas não haveria a química orgânica e tampouco a vida. […] SOLOMONS, T. W. Graham; FRYHLE, Craigh B. Química orgânica. 10. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2012. v. 1. p. 2.

Respostas nas Orientações para o professor.

a ) De acordo com o texto, qual é a relação do Big Bang e da formação das estrelas com a origem dos elementos químicos? b ) Como os elementos químicos podem ser relacionados à existência de vida na Terra? c ) Explique com suas palavras o trecho destacado no texto.

2. Analise as afirmações a seguir. I ) As primeiras estrelas do Universo eram compostas basicamente de hidrogênio e sal. Com o passar do tempo, as partículas subatômicas se combinaram, formando elementos químicos mais complexos. II ) As condições de pressão e temperatura no interior das estrelas não afetam a formação de novos átomos. Apenas a quantidade de matéria. III ) O tamanho das estrelas interfere na evolução delas, pois afeta suas condições de pressão e temperatura.

b ) Apenas a afirmação III está correta. c ) Todas as afirmações estão erradas. d ) Todas as afirmações estão corretas. e ) As afirmações I e III estão corretas. 2. Resposta: Alternativa b.

3. As tabelas a seguir apresentam a composição química, em porcentagem, do planeta Terra e de uma de suas camadas. Composição do planeta Terra

Composição da crosta terrestre

Elemento

%

Elemento

%

Ferro

35%

Oxigênio

46%

Oxigênio

30%

Silício

28%

Silício

15%

Alumínio

8%

Magnésio

13%

Ferro

6%

Níquel

2,4%

Magnésio

4%

Enxofre

1,9%

Cálcio

2,4%

Cálcio

1,1%

Potássio

2,3%

Alumínio

1,1%

Sódio

2,1%

Outros

​< ​1%​

Outros

​< ​1%​

Fonte de pesquisa: PRESS, Frank et al. Para entender a Terra. 4. ed. Porto Alegre: Bookman, 2006. p. 32.

a ) O que você pode dizer a respeito da distribuição dos elementos químicos na Terra? b ) Qual foi a importância do processo de diferenciação planetária na atual composição química das camadas da Terra? c ) Junte-se a um colega e, utilizando uma planilha eletrônica, construam um gráfico de colunas e um gráfico de setores com os dados apresentados nas tabelas. Em seguida, avaliem qual tipo de apresentação de dados e informações – quadros, gráfico de colunas ou gráficos de setores – vocês consideram mais fácil de interpretar. Justifiquem a escolha.

4. Alguns pesquisadores utilizam o termo “NIFE” para

se referir ao núcleo da Terra. Isso porque essa camada terrestre é constituída basicamente de:

Resposta: Alternativa e.

a ) nitrogênio (​ N)​e fósforo (​ P)​.

b ) níquel (​ Ni)​e flúor (​ F)​.

c ) nitrogênio (​ N)​, iodo (​ I)​, flúor (​ F)​e estanho (​ Sn)​. d ) neônio (​ Ne)​, fósforo (​ P)​e estanho (​ Sn)​.

e ) níquel (​ Ni)​e ferro (​ Fe)​.

3. c) Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes avaliem os prós e contras de cada tipo de apresentação, notando que, por serem visuais, os gráficos têm uma rápida interpretação.

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Teorias atômicas

6. Resposta pessoal. O objetivo desta questão é levantar os conhecimentos prévios dos estudantes a respeito dos átomos e da constituição da matéria.

Biblioteca da Faculdade de Medicina, Paris, França

A.Sych/Shutterstock.com

Instituto Wellcome, Londres, Inglaterra

Museu de Belas Artes de Rouen, França

Pinacoteca Querini Stampalia, Veneza, Itália

Do que a matéria é formada? Qual é a menor porção da matéria? O que a 6. Como você areia, o ser humano e um cometa, por exemplo, têm em comum? Questões coresponderia às mo essas e inúmeras outras intrigaram os cientistas ao longo do tempo. Para questões propostas respondê-las, alguns estudiosos desenvolveram modelos científicos, que são reanteriormente? presentações simplificadas, abstratas e idealizadas da realidade. Os filósofos antigos foram os primeiros a divulgar suas ideias com o intuito de explicar a natureza da matéria que constitui todo o Universo. Por exemplo, os pré-socráticos, como os gregos Leucipo de Mileto (500 a.C.-430 a.C.) e Demócrito de Abdera (460 a.C.-370 a.C.), defendiam que toda a matéria era constituída por partículas minúsculas e indivisíveis, chamadas átomos (do grego a, “não”, e tomo, “parte”, ou seja, “o indivisível”). Para esses filósofos, os átomos estavam em constante movimento, ocasionando colisões e reagrupamentos que resultaram na Leucipo de Mileto. formação da matéria. Os estudiosos que defendiam essas ideias ficaram conhecidos como atomistas. Outra proposta sobre a constituição da matéria foi formulada pelo filósofo grego Empédocles (490 a.C.-430 a.C.). Para ele, tudo o que existia no Demócrito de Abdera. Universo era formado por quatro elementos: água, ar, terra e fogo. Apesar de ter conseguido comprovar a existência material do ar, que considerava ser uma substância, ele não tinha evidências experimentais para os outros elementos de sua hipótese. Já os filósofos gregos Platão (427 a.C.-347 a.C.) e Empédocles. Aristóteles (384 a.C.-322 a.C.) foram grandes defensores da ideia dos quatro elementos. Além disso, eles incorporaram outras concepções a respeito da constituição da matéria, formulando hipóteses como a da inexistência de partículas indivisíveis, como outros estudiosos defendiam. Durante certo tempo, a linha de pensamento dos quatro elementos se sobrepôs à visão atômica da Aristóteles. constituição da matéria, exercendo grande influência sobre o pensamento científico, da Antiguidade ao século XVII. No século XVII, a noção de átomo, proposta por Platão. Demócrito e Leucipo, foi retomada, substituindo as ideias de Empédocles. Isso ocorreu porque alguns cientistas perceberam que a água e o ar, por exemplo, não eram elementos fundamentais da matéria, mas se combinavam para formar novas substâncias. Na tentativa de reconhecer os átomos como componentes básicos da matéria, conhecer suas propriedades e como interagiam para formar substâncias, diversos cientistas desenvolveram diferentes teorias e modelos ao longo do tempo. A seguir, vamos estudar alguns desses modelos e teorias atômicas.

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CONEXÕES com ... FILOSOFIA a) Resposta: A teoria atômica está permanentemente em discussão e permeada de novas proposições, muito Definir o que é Filosofia já é, por si só, uma questão filosófica. Diversos povos e culturas em razão dos antigos produziram conhecimentos que atualmente podem ser considerados filosóficos. Isso avanços técnicos e tecnológicos de evidencia que a Filosofia não é exclusiva de uma época ou cultura, mas parte da humanidade. instrumentos que permitem novos Apesar de seu caráter universal, o que é entendido como o “início” da Filosofia, em termos experimentos. Ao acadêmicos, remonta aos gregos há mais de 2 mil anos. Os filósofos gregos sistematizaram longo da história, diversas teorias métodos de pensamento crítico que influenciaram profundamente a tradição ocidental. atômicas foram A Filosofia, então, surgiu como um complemento e uma resposta crítica à mitologia, buscando propostas, e atualmente a mais entender o Universo e a condição humana por meio da razão e do debate argumentativo. aceita é o A herança da Filosofia grega antiga foi central no pensamento europeu ao longo dos séculos, desdobramento e a soma de séculos de sobretudo a partir do Renascentismo, movimento que se iniciou no século XIV e se estendeu pesquisas e descobertas. Há o até o século XVII. Os renascentistas se inspiraram na Antiguidade clássica para estabelecer as entendimento de bases do pensamento filosófico e os fundamentos da ciência. que o átomo é a menor parte dos Algumas das principais questões tratadas hoje na área das Ciências da Natureza, pelos elementos campos de estudo da Química, Física e Biologia, foram antes abordadas como investigações químicos e é formado por um filosóficas. Séculos atrás, pensadores já discutiam, por exemplo, a estrutura da matéria, os monúcleo que contém prótons e nêutrons, vimentos dos corpos, a origem e a diversidade da vida, entre tantos outros temas. ao redor do qual A Filosofia da Ciência norteia a investigação científica e contribui para o desenvolvimento orbitam elétrons. de teorias e métodos mais robustos. Esse campo debate os limites do conhecimento científico, Essa concepção remonta à ideia de as implicações éticas e sociais das descobertas científicas, entre outras abordagens. Demócrito, que Imagem sem proporção e em cores fantasia. entendia que os A definição e a sistematização da átomos eram Filosofia da Ciência remontam às refleindivisíveis e compunham as xões dos antigos gregos sobre a arché, menores partículas ou seja, um elemento fundamental, um das substâncias da natureza. Assim princípio único, que seria a origem de como Demócrito todos os outros elementos, de tudo supunha ao investigar o que existe. Entre várias propostas, filosoficamente a Demócrito formulou a teoria atomista, origem do Universo e da matéria, o uma primeira concepção sobre o que átomo é a partícula seriam os átomos. Ideias filosóficas que compõe todas as substâncias. sobre a constituição da matéria per-

Kriola/Shutterstock.com

O atomismo

duraram e foram revisitadas ao longo dos séculos, até a elaboração do primeiro modelo atômico moderno pelo químico e meteorologista inglês John Dalton (1766-1844), em 1803.

Fil o

so

a ) Associe o desenvolvimento da teoria atômica à concepção desenvolvida por Demócrito.

fia

Representação da Filosofia como conhecimento produzido.

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Instituto Wellcome, Londres, Inglaterra

Teoria atômica de Dalton Em 1803, John Dalton retomou a ideia atômica proposta por Demócrito e Leucipo para explicar a composição da matéria. Embora os filósofos pré-socráticos já houvessem citado a existência de átomos indivisíveis como constituintes da matéria, foi Dalton quem demonstrou experimentalmente que os átomos poderiam existir, provendo um caráter científico para os estudos da constituição da matéria. John Dalton. Postulados: pressuposições que não foram testadas no trabalho em questão, mas testadas e aceitas em trabalhos anteriores. Imagens desta página sem proporção e em cores fantasia. Cynthia Sekiguchi/ Arquivo da editora

Sua teoria se baseava na lei da conservação das massas e na lei das proporções constantes. Com esses estudos, John Dalton formulou alguns postulados, que reúnem as informações a seguir. • Toda a matéria é composta de pequenas partículas indivisíveis chamadas átomos. • Todos os átomos de um mesmo elemento químico são idênticos em massa e propriedades. • Os átomos de diferentes elementos químicos diferem entre si e têm massas, propriedades físicas e propriedades químicas distintas. • Durante as reações químicas, os átomos não são criados nem destruídos. • Os átomos podem se combinar, formando substâncias. • A combinação de átomos de mais de um elemento químico resulta em compostos. • Um composto é sempre constituído dos mesmos números e tipos de átomos.

Representação do modelo atômico de Dalton.

A teoria atômica de Dalton (1808) considerava que os átomos eram esféricos, maciços e indivisíveis. Além da formulação do modelo atômico, Dalton elaborou uma representação simbólica de átomos, em que os elementos químicos eram representados por círculos com linhas, pontos e letras. Os símbolos utilizados por Dalton serviam individualmente para representar os elementos e, em combinação, para representar os compostos.

Ilustrações: Sergio Lima/ Arquivo da editora

Veja a seguir alguns exemplos dos símbolos criados por Dalton. Hidrogênio.

Fósforo.

Ferro.

Carbono.

Sulfato de bário.

Nitrogênio.

Enxofre.

Chumbo.

Mercúrio.

Ouro.

Em seus estudos, Dalton investigou as propriedades da matéria, afirmando, por exemplo, que a massa de determinado composto é igual à soma das massas dos átomos que o compõem.

Ilustrações: Cynthia Sekiguchi/ Arquivo da editora

Os postulados de Dalton também explicavam como compostos diferentes podem ser formados pelos mesmos tipos de átomos. Para isso, bastava que as proporções dos átomos fossem diferentes. Acompanhe os exemplos a seguir.

carbono

oxigênio

monóxido de carbono

carbono

oxigênio

dióxido de carbono

Representação da formação do monóxido de carbono (​​ CO)​​, composto que contém átomo de carbono e oxigênio. Representação da formação do dióxido de carbono, composto que contém átomo de carbono e oxigênio, porém com diferente proporção desses átomos.

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UNIDADE

1 Teoria atômica de Thomson Ao longo do tempo, os avanços na investigação da matéria se direcionavam para uma nova visão de átomo, sugerindo uma estrutura mais complexa e constituída por partículas ainda menores, chamadas subatômicas. O desenvolvimento de estudos e experimentos sobre a eletricidade e a radioatividade foi essencial para as primeiras elucidações a respeito da estrutura interna do átomo.

Imagens desta página sem proporção e em cores fantasia.

fonte de alta-tensão Biblioteca do Congresso, Washington DC, Estados Unidos

tubo de vidro

Representação da ampola de raios catódicos. cátodo

gás à baixa pressão

ânodo

Heloísa Pintarelli/Arquivo da editora

Em 1897, o físico inglês Joseph John Thomson (1856-1940) realizou experimentos com os raios catódicos utilizando diferentes gases. Ele observou que esses raios se originavam de qualquer tipo de gás e sofriam desvios em direção à placa de metal carregada positivamente. Com isso, concluiu que os raios catódicos eram compostos de partículas providas de massa e carregadas negativamente, às quais deu o nome de elétrons. Essa foi a primeira partícula subatômica descoberta e a primeira evidência experimental da estrutura interna dos átomos, agora vistos como unidades divisíveis. raio catódico desviado

Representação do experimento de Thomson. cátodo

gás à baixa pressão

Joseph John Thomson.

Dica As partículas podem ter carga elétrica positiva ou negativa. As que apresentam cargas de mesmo sinal (​+ / +​ou ​− ​/ −​) se repelem, enquanto as partículas com cargas de sinais opostos (​​ + / −) ​​ se atraem. partículas negativas (elétrons)

esfera positiva e maciça

ânodo

Além disso, embora os elétrons apresentassem carga negativa, os átomos como um todo tinham carga nula. Sendo assim, os átomos deveriam apresentar carga positiva suficiente para anular a carga negativa. Em 1903, para abranger suas observações, Thomson propôs um novo modelo de átomo, que consistia em uma esfera maciça e com carga positiva, na qual pequenas partículas negativas, os elétrons, estariam distribuídas por toda a massa uniforme de matéria.

Cynthia Sekiguchi/ Arquivo da editora

Heloísa Pintarelli/Arquivo da editora

A partir do século XVIII, foram realizados estudos sobre as descargas elétricas. Por meio deles, os cientistas perceberam, por exemplo, que ao aplicar alta voltagem no tubo contendo gás à baixa pressão, surgia uma radiação em seu interior. Essa radiação não era visível, mas sua movimentação no interior do tubo podia ser percebida em razão da emissão de luz. A radiação que surgia no interior do tubo se originava no polo negativo, também chamado de cátodo, e por isso recebeu o nome de raios catódicos. Apresentamos a seguir uma representação desse aparato, desenvolvido pelo químico inglês William Crookes (1832-1919).

Representação de uma das possíveis interpretações do modelo atômico de Thomson.

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Teoria atômica de Nagaoka Em 1904, o físico japonês Hantaro Nagaoka (1865-1950) apresentou à comunidade científica seu modelo atômico. De acordo com ele, o átomo não era uma esfera maciça que concentrava a maior parte do volume atômico, na qual estavam distribuídos os elétrons, mas sim uma grande região central ao redor da qual os elétrons se moviam em órbita.

Heloísa Pintarelli/ Arquivo da editora

Pictorial Press Ltd/Alamy/Fotoarena

Imagens desta página sem proporção e em cores fantasia.

Representação de uma das possíveis interpretações do modelo atômico de Nagaoka.

Hantaro Nagaoka.

Teoria atômica de Rutherford

Em 1910, o físico neozelandês Ernest Rutherford (1871-1937) e sua equipe, composta pelo físico alemão Hans Geiger (1882-1945) e o físico inglês Ernest Marsden (1889-1970), propuseram alguns experimentos que consistiam em colocar uma lâmina de ouro na frente da amostra de um elemento químico radioativo, ou seja, que emite radiação espontaneamente.

lâmina de ouro

3.

2.

1. feixe de partículas de carga positiva

feixe de partículas de carga positiva átomos de ouro

elemento químico radioativo

Representação do bombardeamento de partículas alfa na lâmina de ouro.

Representação da interação das partículas alfa com os átomos de ouro.

Ilustrações: Cynthia Sekiguchi/ Eduardo Carriça/Arquivo da editora

Ao bombardear a lâmina de ouro com partículas alfa, provenientes do elemento químico polônio ​(Po)​​, Rutherford e seus colaboradores observaram que a maioria delas atravessou a lâmina de ouro. No entanto, algumas dessas partículas sofreram desvios e outras ricochetearam em direção à fonte. A análise dos resultados desse experimento levou a conclusões incoerentes com o modelo atômico proposto por Thomson.

1. Observação: a maioria das partículas ​α​ atravessou a fina lâmina de ouro sem sofrer desvio considerável em sua trajetória. Conclusão: a maior parte do volume total do átomo é espaço vazio.

2. Observação: algumas partículas ​α​ sofreram grandes desvios durante a trajetória. Conclusão: a região central do

átomo concentra uma porção muito pequena do átomo dotada de carga positiva, à qual foi dado o nome de núcleo.

3. Observação: poucas partículas ​α​ ricochetearam e retornaram em direção à fonte radioativa. Conclusão: a maior parte da massa do átomo está localizada no núcleo.

núcleo (região densa e positiva)

elétron (partícula negativa) Cynthia Sekiguchi/ Arquivo da editora

Os resultados do experimento descrito anteriormente levaram à elaboração de um novo modelo atômico. Nele, Rutherford propôs que o átomo era formado por uma pequena região central positiva, que concentrava quase toda a massa do átomo − o núcleo −, e era circundada por um grande espaço vazio. Nesse espaço, localizavam-se os elétrons, que se movimentavam em torno do núcleo. Dica Acesse o simulador “Espalhamento de Rutherford”. Nele, você vai investigar o comportamento das partículas ​α​ ao incidirem em um átomo. Disponível em: https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/rutherford-scattering. Acesso em: 16 jul. 2024.

Representação do modelo atômico de Rutherford.

7. Com base no modelo atômico proposto por Rutherford, explique com suas palavras os resultados do experimento descrito anteriormente.

7. Espera-se que os estudantes respondam que a maioria das partículas atravessou a lâmina ao passar pelos elétrons, outras sofreram leve desvio ao passar próximo do núcleo e um menor número sofreu grande desvio ao colidir com o núcleo.

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UNIDADE

1 Analisando os resultados dos experimentos, Rutherford e sua equipe calcularam que a região central do átomo, o núcleo, era aproximadamente 10 000 vezes menor que o tamanho total do átomo. Atualmente, sabemos que o diâmetro dos átomos é da ordem de ​​10​​ −10​ m​. Por ser um valor muito pequeno, ele é quase sempre expresso na unidade de picômetros (​​ 1 pm ​= ​​10​​ −12​ m)​​, que faz parte do Sistema Internacional de Unidades (SI). Outra unidade também usada para expressar medidas atômicas é o angstrom −10 (​​ 1 Å ​= ​​10​​ ​m)​​, mesmo que este não integre o SI. O diâmetro atômico do hidrogênio, por exemplo, é de aproximadamente ​1,1 Å​. O diâmetro do próton, por sua vez, tem aproximadamente ​1,7 · ​​10​​ −5​Å​. Podemos imaginar essa relação da seguinte forma: se o diâmetro total do átomo de hidrogênio fosse do tamanho de um campo de futebol profissional, o núcleo seria do tamanho de uma formiga no centro desse campo.

Rutherford continuou realizando experimentos com as partículas ​α​. Em 1919, ele concluiu que o núcleo de todos os átomos continha partículas carregadas positivamente. A essas partículas subatômicas foi dado o nome de próton. Biblioteca Pública de Nova York, EUA

Em 1913, ao realizar experimentos com raios X, o físico inglês Henry Gwyn Jeffreys Moseley (1887-1915), membro da equipe de Rutherford, chegou à conclusão de que as propriedades dos elementos químicos variavam em função do número de prótons existentes no núcleo atômico. Dessa forma, foi possível determinar que todo elemento químico apresenta uma quantidade específica de prótons no núcleo. A carga elétrica líquida de um átomo é neutra, ou seja, a quantidade de cargas positivas (prótons) e negativas (elétrons) é igual. Experimentos indicavam que a massa do átomo era maior que a massa dos prótons de seu núcleo. Esse fato levou os cientistas a considerar a existência de outra partícula no núcleo atômico, além dos prótons, uma vez que a massa dos elétrons é praticamente desprezível. Em 1932, o físico nuclear inglês James Chadwick (1891-1974), também membro da equipe de Rutherford, identificou uma nova partícula Henry Gwyn Jeffreys Moseley. subatômica, com massa praticamente igual à do próton, porém sem carga elétrica. Essa partícula recebeu o nome de nêutron. Para identificá-la, Chadwick realizou um experimento que consistia em bombardear uma folha de berílio com partículas ​α​, provenientes de uma amostra de um elemento radioativo. Atrás dessa folha, foi colocada uma placa de parafina e um contador Geiger. Nesse experimento, a incidência de partículas ​α​ na folha de berílio fazia com que ela liberasse nêutrons, os quais colidiam com a placa de parafina, deslocando prótons dela, que eram detectados pelo contador Geiger. folha de berílio

nêutron

próton contador Geiger

Heloísa Pintarelli/ Arquivo da editora

material radioativo

Imagem sem proporção e em cores fantasia.

partícula ​α​

parafina

Representação do experimento de Chadwick.

Contador Geiger: aparelho utilizado para medir radiações ​α​, ​β​ e ​γ​.

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Após o experimento de Chadwick, sabia-se que o átomo era composto de três partículas subatômicas, que apresentam diferentes características. Observe a seguir. Características das partículas subatômicas Partícula

Região do átomo Núcleo

Próton Nêutron Elétron

Núcleo Eletrosfera

Massa (quilograma – ​kg​) ​1,673 ​· ​​10​​

−27

​1,675 · ​10​​

−27

​9,109 · ​​10​​

−31

Carga elétrica (Coulomb – ​C​) ​+ 1,602 ​· ​​10​​

​​

​​

​​

−19

​​

​0​ ​− 1,602 ​· ​​10​​

Carga ​+ 1​ ​0​

−19

​​

​− 1​

Fonte de pesquisa: HAYNES, William M. CRC handbook of chemistry and physics. 97. ed. Boca Raton: CRC Press, 2016-2017. p. 1-1, 1-4.

a) Resposta: Os estudantes podem citar exemplos, como o desenvolvimento de técnicas de diagnóstico e tratamento de doenças, geração de energia elétrica, esterilização de alimentos e aplicações industriais. Comentários nas Orientações para o professor.

Coulomb: unidade de carga elétrica.

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8. De acordo com a

A descoberta do nêutron foi fundamental para a compreensão da estrutura atômica e das partículas subatômicas, abrindo caminho para uma nova área de estudo, a Física Nuclear.

tabela, quais são as semelhanças e diferenças entre as partículas subatômicas?

a ) Junte-se a três colegas para pesquisar a importância dos estudos da Física Nuclear para a sociedade atual, citando exemplos de sua aplicação. Em seguida, organizem um debate com os demais grupos da turma para analisar e discutir situações controversas sobre a aplicação desse tipo de conhecimento, enfatizando a importância da ética e da responsabilidade em seu uso.

Teoria atômica de Bohr Assim como os modelos atômicos propostos anteriormente, o elaborado por Rutherford e seus colaboradores tinha incoerências. Sabe-se, por exemplo, que corpos com carga elétrica e em movimento emitem radiação. Sendo assim, os elétrons, que se movem rapidamente ao redor do núcleo, de acordo com Rutherford, tenderiam a perder energia, sendo atraídos pelo núcleo. Isso causaria o colapso dos átomos, o que na prática impediria a existência deles e, consequentemente, de qualquer elemento químico. Durante muito tempo, considerava-se que a energia era emitida de modo contínuo. No entanto, em 1900, o físico alemão Max Karl Ernst Ludwig Planck (1858-1947) admitiu que a energia era descontínua. De acordo com sua teoria, a quantidade fixa de energia era absorvida ou emitida sob a forma de “pequenos pacotes”, chamados quantum – no plural, quanta.

Em 1913, Bohr apresentou seu modelo atômico com base em três postulados, descritos a seguir. • Os elétrons se movem em órbitas circulares ao redor do núcleo atômico. O número de órbitas em um átomo é variável e limitado. Cada uma dessas órbitas é chamada de camada eletrônica ou nível de energia (​​ n)​​. A energia dessas camadas varia, sendo maior nas que se localizam mais distantes do núcleo atômico. • Enquanto se movimentam em uma camada eletrônica específica, os elétrons não emitem energia espontaneamente, mantendo-se no chamado estado estacionário. • Quando o elétron absorve energia suficiente, proveniente do meio externo, ele se desloca de um nível de menor energia (mais próximo do núcleo) para um nível de maior energia (mais distante do núcleo), passando do estado estacionário para o estado excitado. O elétron pode retornar ao estado estacionário, emitindo a energia que absorveu previamente e retornando à camada eletrônica de menor energia. Ao retornar à sua órbita original (estado fundamental), o elétron emite, sob a forma de fóton, a mesma quantidade de energia que absorveu previamente. 8. Resposta: Essa questão incentiva os estudantes a analisar as Niels Bohr.

50

Biblioteca Nórdica, Paris, França

No início do século XX, o físico dinamarquês Niels Bohr (1885-1962), com base em suas análises, nas afirmações de Planck e em outros estudos da interação da luz com a matéria, propôs uma nova visão da estrutura do átomo. Ele sugeriu que os átomos de diferentes elementos químicos teriam determinados estados de energia, uma vez que emitiam radiações em determinados comprimentos de onda.

informações da tabela. Espera-se que eles comentem que os prótons e os nêutrons têm praticamente a mesma massa, porém o nêutron não tem carga elétrica. Próton e elétron apresentam a mesma carga elétrica, porém com sinal diferente, o que possibilita ao átomo ser eletricamente neutro. A massa do elétron é extremamente pequena, o que a torna praticamente desprezível.

05/11/2024 15:18:44

Confira a seguir o esquema com a representação da absorção e emissão de energia pelo elétron de um átomo. 1.

2.

Imagens desta página sem proporção e em cores fantasia.

fóton

3.

Ilustrações: Cynthia Sekiguchi/Arquivo da editora

núcleo

UNIDADE

1

elétron Representação da estrutura do átomo de carbono em estado estacionário.

Representação da estrutura do átomo de carbono em estado excitado, quando há aumento de energia.

Representação da estrutura do átomo de carbono após a emissão de fóton, quando há diminuição de energia.

Em síntese, um elétron, quando em estado estacionário, tem energia total constante. No entanto, quando em estado excitado, sua energia total varia. Assim, Bohr concluiu que, quanto mais próxima for a órbita eletrônica permitida em relação ao núcleo atômico, mais estável será o sistema elétron/núcleo (menor energia total). Considerando os 118 elementos químicos conhecidos atualmente e suas respectivas quantidades de elétrons, os átomos podem ter no máximo sete níveis de energia, que são identificados por números inteiros, de 1 a 7, ou pelas letras K, L, M, N, O, P e Q. Os níveis mais próximos do núcleo contêm os elétrons de menor energia, enquanto os elétrons mais energéticos se encontram nos níveis de energia mais afastados do núcleo. Cada nível de energia abriga um número limite de elétrons, como mostra o quadro a seguir.

K L M N O P Q

Representação dos níveis de energia do modelo atômico de Bohr.

Nível de energia

Camada

Número máximo de elétrons

1º

K

2

2º

L

8

3º

M

18

4º

N

32

5º

O

32

6º

P

18

7º

Q

8

Por exemplo, o átomo de argônio (​​ Ar)​​ tem 18 elétrons. Eles se distribuem de forma que a primeira e a segunda camada estão completamente preenchidas com 2 e 8 elétrons, respectivamente. Na última camada, há 8 elétrons.

Cynthia Sekiguchi/Sergio L. Filho/Arquivo da editora

Sergio Lima/Arquivo da editora

Quantidade de elétrons por camada

Representação da estrutura de um átomo de argônio no modelo atômico de Bohr.

51

05/11/2024 15:18:44

Modelo de camadas nucleares Assim como os elétrons são distribuídos em níveis de energia (K, L, M, N, O, P e Q), como foi proposto por Niels Bohr, também as partículas nucleares – prótons e nêutrons – estão organizadas em camadas. Esse é o modelo nuclear de camadas, proposto pela física polonesa Maria Goeppert Mayer (1906-1972). Basicamente, o modelo explica a existência dos “números mágicos”, que estariam relacionados a quantidades específicas de prótons e nêutrons nos núcleos atômicos. Esses números são 2, 8, 20, 28, 50 e 82, chegando a 126 no caso dos nêutrons, e estão associados a elementos químicos altamente estáveis, pois os prótons e nêutrons estariam distribuídos em uma estrutura de camadas de energia, de forma a completar essas camadas. Átomos como o chumbo, de número atômico 82 e massa de aproximadamente 208, teriam um núcleo estável, uma vez que apresentam números mágicos. Nesse caso, números duplamente mágicos: 82, referente ao número de prótons, e 126, que é o número de nêutrons. Mayer foi a segunda mulher a receber o Prêmio Nobel de Física, em 1963, com outro pesquisador alemão, Hans Jensen (1907-1973), que estudou paralelamente o mesmo assunto. Antes dela, apenas a física polonesa Marie Curie (1867-1934) havia recebido o Prêmio Nobel, um em Física e outro em Química, ambos no início do século. Assim como Curie, Mayer dedicou boa parte de sua vida à pesquisa no âmbito da ciência em universidades estadunidenses. Essas pesquisas receberam seu total empenho e dedicação e foram feitas sem nenhuma remuneração. Maria Goeppert Mayer fazia parte da sexta geração de uma família de professores universitários.

Para compreender a diferença entre esses comportamentos, é preciso analisar como corpos (partículas) e ondas se movimentam no espaço. As partículas percorrem trajetórias bem definidas, descritas pelas leis da Mecânica Clássica. Assim, quando duas partículas colidem, ocorre um desvio na trajetória delas. Esse comportamento pode ser observado, por exemplo, se um conjunto de partículas for lançado contra um obstáculo com fendas. As partículas que não se chocam com o obstáculo não têm sua trajetória alterada e passam pela fenda. Já as partículas que se chocam com o obstáculo não passam pela fenda, pois sua trajetória é desviada. As ondas, por sua vez, quando se encontram com outras ondas, sofrem fenômenos de interferência e, nesses casos, suas trajetórias se sobrepõem. Assim, ao lançar um feixe de ondas (como a luz) contra um obstáculo com fendas, observa-se um comportamento diferente do das partículas. Ao passar por uma fenda, as ondas sofrem um fenômeno chamado difração, no qual os obstáculos são contornados. Esse comportamento foi demonstrado em 1801 pelo físico britânico Thomas Young (1773-1829) ao realizar um experimento com feixes de luz, que ficou conhecido como experimento da dupla fenda, provando que a luz era composta de ondas.

Eduardo Carriça/Arquivo da editora

Avanços na área da Física levaram alguns cientistas a questionar a natureza do elétron. O físico francês Louis de Broglie (1892-1987) buscou explicar o comportamento dos elétrons com base na ideia de uma dualidade onda-partícula. Assim, ora o comportamento do elétron pode ser explicado como sendo uma partícula, ora esse comportamento é semelhante ao de uma onda.

Imagens desta página sem proporção e em cores fantasia.

Representação do comportamento das partículas ao atravessar uma fenda dupla. Ohanna Schmitt/Arquivo da editora

A teoria atômica atual

Representação do comportamento das ondas ao atravessar uma fenda dupla.

52

05/11/2024 15:18:45

UNIDADE

1

Ohanna Schmitt/Arquivo da editora

A primeira tentativa de testar o comportamento ondulatório dos elétrons, proposta em 1923 por Louis de Broglie, foi realizada em 1927 pelos físicos estadunidenses Clinton Davisson (1881-1958) e Lester Germer (1896-1971). Eles observaram a difração de um feixe de elétrons através de um cristal de níquel. Apesar do sucesso do experimento anterior, a difração de elétrons através de uma dupla fenda só foi verificada em 1961, pelo físico alemão Claus Jönsson (1930-2024). Essa foi a prova definitiva de que a teoria da dualidade onda-partícula para os elétrons estava correta. anteparo

fenda dupla

Imagens desta página sem proporção e em cores fantasia.

elétrons emissor de elétrons

Representação do comportamento dos elétrons ao atravessar uma fenda dupla.

padrão de interferência

Sendo assim, no atual modelo atômico, o átomo apresenta o núcleo circundado por orbitais atômicos, que deixam de ser locais fixos em que os elétrons se movimentam para se tornarem as principais regiões do átomo onde os elétrons podem ser encontrados. Dessa forma, não é possível determinar com exatidão a posição do elétron no átomo, apenas a região mais provável de sua ocorrência. Na representação do modelo atômico atual, a região mais escura em torno do núcleo representa o local de maior probabilidade de encontrar os elétrons.

Janusz Pienkowski/Shutterstock.com

Com base nas observações de Louis de Broglie, em 1926, o físico austríaco Erwin Schrödinger (1887-1961) relatou que os elétrons não se movimentavam em órbitas específicas com distâncias fixas do núcleo, como propunha o modelo atômico de Bohr, mas se moviam livremente em torno do núcleo. Assim, foi postulado que há regiões nas quais se tem maior probabilidade de encontrar elétrons. Essa região é determinada com base em cálculos matemáticos e recebeu o nome de orbital atômico.

Gravura de Erwin Schrödinger em cédula austríaca.

Números quânticos principais Camada

K

L

M

N

O

P

Q

n

1

2

3

4

5

6

7

Heloísa Pintarelli/ Arquivo da editora

Nesse modelo, cada camada corresponde a um número quântico principal ​​(n)​​ inteiro e maior que zero. Ou seja, as sete camadas eletrônicas correspondem aos números quânticos de 1 a 7. Quanto maior o valor de n, mais energética é a camada eletrônica.

Representação do modelo atômico atual.

Além disso, cada camada eletrônica está dividida em subcamadas, dadas pelo número quântico secundário ​​(𝓁)​​. Existem ​n​valores diferentes de ​𝓁​ para cada valor de ​n​, e ele vai de zero a ​n ​− ​1​. Considerando, por exemplo, ​n ​= ​3​, ​𝓁​ poderá ter três valores, que são 0, 1 e 2. Números quânticos secundários Subcamada (​​ 𝓵) ​​

0

1

2

3

4

5

6

Nome

s

p

d

f

g

h

i

Dica Acesse o simulador “Modelos do átomo de hidrogênio”. Nele, você vai investigar o comportamento dos fótons ao incidirem em um átomo, de acordo com os diferentes modelos atômicos. Disponível em: https://phet.colorado. edu/pt_BR/simulation/ legacy/hydrogen-atom. Acesso em: 7 ago. 2024.

53

08/11/2024 14:29:46

Por fim, o último número que descreve um orbital atômico é o número quântico magnético (​​ m𝓁) ​​. Ele pode ter valores inteiros entre ​𝓁​ e ​−𝓁​. Observe essa relação no quadro a seguir. Relação entre ​ℓ​, ​mℓ​e número de orbitais Subcamada (​​​ ​​𝓵​)​​​​

0

1

2

3

Número quântico magnético (​​ m𝓵)​​

0

​−1; 0; 1​

−​2; −1; 0; 1; 2​

​−3; −2; −1; 0; 1; 2; 3​

Quantidade de orbitais na subcamada

1

3

5

7

Distribuição eletrônica Cada orbital pode conter até dois elétrons, o que significa que as quantidades de elétrons nas subcamadas são diferentes. Quantidade de orbitais e elétrons por subcamada Subcamada

s

p

d

f

Quantidade de orbitais

1

3

5

7

Quantidade de elétrons

2

6

10

14

Com base nas informações obtidas pelos números quânticos, podemos determinar a divisão das camadas em subcamadas e a quantidade de elétrons em cada uma. Observe como os valores condizem com os vistos anteriormente. Subcamadas e quantidade de elétrons por camada Camada

Subcamadas

Quantidade máxima de elétrons

K

s

2

s

M

s

p p

8 d

18

N

s

p

d

f

32

O

s

p

d

f

32

P Q

s

p s

d p

18 8

Mesmo que não seja possível determinar a posição exata dos elétrons, sabe-se que eles se distribuem ao redor do núcleo de maneira a ter a menor energia possível, o que garante estabilidade aos átomos. Assim, a tendência é que as camadas eletrônicas sejam preenchidas no 1s sentido da camada de menor energia para a de maior energia. Esse comportamento pode ser descrito com um diagrama proposto 2s 2p pelo químico estadunidense Linus Pauling (1901-1994). Confira o 3s 3p 3d sentido da seta no diagrama apresentado. Ela indica o sentido de preenchimento das subcamadas eletrônicas. Portanto, a distribuição dos elétrons de qualquer átomo segue a seguinte ordem crescente de energia: ​​1s​​ 2​​2s​​ 2​​2p​​ 6​​3s​​ 2​3​p​​ 6​4​s​​ 2​3​d​​ 10​4​p​​ 6​5​s​​ 2​4​d​​ 10​ 5​p​​ 6​​6s​​ 2​4​f​​ 14​5​d​​ 10​6​p​​ 6​7​s​​ 2​5​f​​ 14​6​d​​ 10​7​p​​ 6​​ Por exemplo, a distribuição eletrônica do átomo de carbono, que tem 6 elétrons, será ​​1s​​ 2​​2s​​ 2​​2p​​ 2​​. Note que a soma dos valores sobrescritos corresponde ao número total de elétrons do átomo.

4s

4p

4d

4f

5s

5p

5d

5f

6s

6p

6d

7s

7p

Heloísa Pintarelli/ Arquivo da editora

L

Diagrama de Linus Pauling.

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05/11/2024 15:18:46

ATIVIDADES

Imagens desta página sem proporção.

I ) Tudo o que tem massa e ocupa lugar no espaço, ou seja, a matéria, é constituída de partículas indivisíveis. Resposta: Alternativa d. II ) O mesmo tipo de átomo pode estar presente em diferentes compostos – por exemplo, o átomo de oxigênio ​​(O)​​ constitui água ​​(​H​2​​ O)​​ e óxido nitroso (​​ ​N​2​​ O)​​.

III ) Nas reações químicas, os átomos são destruídos para a criação de novos compostos. Indique a alternativa correta. a ) Todas as afirmações estão corretas. b ) Todas as afirmações estão erradas. c ) Apenas a afirmativa I. d ) Apenas a afirmativa II. e ) Apenas a afirmativa III.

2. Adesivos que brilham no escuro são muito utili-

zados na decoração de quartos e objetos. A emissão desse brilho é possível graças à presença de uma substância, chamada sulfeto de zinco ​​(ZnS)​​, na superfície desses objetos. Após ser exposta à luz, o Z ​ nS​é capaz de emitir um brilho esverdeado no escuro. Isso ocorre porque, ao ser exposta à luz, essa substância absorve a energia luminosa. No escuro, essa energia é liberada, emitindo o brilho característico. Resposta nas Orientações

NÃO ESCREVA NO LIVRO.

c ) Utilizando um software para a criação de vídeos, elabore uma animação que mostre o funcionamento desse tipo de adesivo. Essa explicação deve conter informações referentes ao modelo atômico identificado no item a. d ) O funcionamento dos adesivos poderia ser prejudicado caso eles fossem mantidos apenas no escuro? Justifique sua resposta. e ) Cite outro objeto presente no dia a dia que utiliza o mesmo princípio da fosforescência dos adesivos em seu funcionamento.

3. As primeiras concepções sobre os átomos consideravam que estes seriam partículas indivisíveis. Essa ideia foi refutada após a descoberta dos: Resposta: Alternativa c.

a ) prótons, por Henry Moseley. b ) nêutrons, por James Chadwick. c ) elétrons, por Joseph John Thomson. d ) fótons, por Niels Bohr. e ) nêutrons, por Ernest Rutherford e sua equipe.

4. A luz tem a propriedade de contornar obstáculos, fenômeno conhecido como difração. Podemos observá-lo, por exemplo, quando a luz de um laser passa por uma fenda.

Menno van der Haven/Shutterstock.com

1. Analise as informações a seguir.

Fotohelin/Shutterstock.com

para o professor.

Adesivos que brilham no escuro.

a ) O modelo atômico que explica o fenômeno citado foi proposto por: I ) Demócrito. II ) John Dalton. III ) Joseph John Thomson. IV ) Ernest Rutherford. V ) Niels Bohr. b ) Explique, com suas palavras, o funcionamento desses adesivos, relacionando-os ao modelo atômico identificado no item anterior.

UNIDADE

1

Luz de laser vermelho sofrendo difração ao passar por uma grade de difração.

Julgue as afirmações a seguir como verdadeira (V) ou falsa (F) e corrija as falsas. a ) O mesmo fenômeno de difração que ocorre com a luz do laser também pode ser observado para os elétrons. b ) O fenômeno de difração não ocorre com elétrons, pois eles percorrem trajetórias lineares. c ) A teoria da dualidade onda-partícula foi elaborada para explicar a natureza dos elétrons. 4. Resposta: a) Verdadeira.; b) Falsa. Os elétrons percorrem trajetória similar às ondas.; c) Verdadeira.

55

05/11/2024 15:18:46

7. a) Resposta: As cores observadas resultam das transições eletrônicas quando os elétrons são excitados pela queima e, em seguida, retornam ao estado fundamental de energia.

5. Os experimentos realizados por Rutherford e sua

equipe foram decisivos para a elucidação sobre a estrutura dos átomos. Por meio deles, foi possível determinar: Resposta: Alternativa b. a ) a existência dos elétrons. b ) a presença de um núcleo denso e pequeno. c ) a ausência de espaços vazios entre as subpartículas. d ) a quantidade de energia nas órbitas percorridas pelos elétrons.

a ) princípio da incerteza. b ) princípio da equivalência das cargas. c ) princípio da dualidade onda-partícula. d ) princípio da conservação das partículas. e ) princípio da dualidade onda-carga.

9. Uma das maneiras de descrever a distribuição eletrônica de um átomo é por meio de números quânticos. Confira a distribuição eletrônica do sódio e determine os itens a seguir.

​​1s​​ 2​​2s​​ 2​​2p​​ 6​​3s​​ 1​​

e ) a existência dos prótons.

6. Com suas palavras, elabore um texto explican-

do a história do desenvolvimento dos modelos atômicos, enfatizando as semelhanças, as diferenças e os avanços entre eles. Mencione a relevância dessas descobertas para a ciência e sua importância até os dias atuais. Além dos conteúdos apresentados no capítulo, consulte outras referências confiáveis. Resposta pessoal.

7. Os fogos de artifício fazem parte das festividades

de diversos locais e culturas. As luzes coloridas observadas nos fogos não são provenientes de nenhum dispositivo eletrônico, mas somente de seus compostos químicos. A depender do sal utilizado, são observadas diferentes cores, como describ) Resposta pessoal. Espera-se que os to a seguir. 7. estudantes elaborem dois esquemas com números de elétrons e transições diferentes.

Cor observada na queima de alguns sais Sal

Cor

Cloreto de estrôncio

Vermelho

Carbonato de cálcio

Laranja

Carbonato de bário

Verde

Óxidos de cobre

Azul

a ) Como é possível explicar a emissão de luz dos fogos de artifício? b ) Elabore um esquema representando o fenômeno para dois sais diferentes. c ) Por que os elementos químicos emitem luzes de cores diferentes?

8. Os elétrons apresentam algumas características

de corpo, como massa e volume. Porém, também têm características de ondas, como a capacidade de sofrer difração ao passar por obstáculos. A observação dessas propriedades deu origem a um princípio que influenciou diretamente a elaboração dos modelos atômicos modernos foi enunciado como: Resposta: Alternativa c.

56

a ) O número quântico principal do orbital de maior energia. Resposta: ​n ​= ​3​ b ) O número quântico secundário do orbital de maior energia. Resposta: ​𝓁 ​= ​0​ c ) O número quântico magnético do orbital de maior energia. Resposta: ​m𝓁 = 0​ d ) A quantidade de elétrons no orbital de maior energia. Resposta: 1 elétron.

10. Leia o texto a seguir. A pasta de dente com flúor é importante para diminuir a prevalência de cárie dentária. Todas as pessoas apresentam, em algum grau, perdas de minerais (desmineralização) dos dentes devido às flutuações do ​pH​ oral. Entretanto, o indivíduo exposto à alimentação não adequada, com excesso de açúcares e alimentos ultraprocessados e higiene bucal dificultada apresenta esse processo de perda dos minerais do dente ocasionando a cárie. Por isso, é importante que se utilize pasta fluoretada todos os dias durante a higiene bucal. [...] VICTOR, Nathan. Flúor protege os dentes contra a decomposição e evita formação de cáries. Ministério da Saúde, 25 out. 2022. Disponível em: https://www.gov.br/saude/pt-br/assuntos/noticias/2022/outubro/ fluor-protege-os-dentes-contra-a-decomposicao-e-evita -formacao-de-caries. Acesso em: 8 ago. 2024.

Sabendo que o flúor tem 9 elétrons, indique a alternativa que apresenta corretamente sua distribuição eletrônica. Resposta: Alternativa b. a ) ​1s​​ 2​​2s​​ 2​​2p​​ 6​​

b ) ​1s​​ 2​​2s​​ 2​​2p​​ 5​​ c ) ​1s​​ 2​​2s​​ 1​​2p​​ 6​​

d ) ​1s​​ 1​​2s​​ 2​​2p​​ 6​​

e ) ​1s​​ 1​​2s​​ 1​​2p​​ 5​​ 11. Resposta: ​​1s​​ 2​​2s​​ 2​​2p​​ 6​​3s​​ 2​3 ​p​​ 6​4 ​s​​ 1​​

11. O potássio ​​(K)​​ é um elemento químico essencial à

dieta humana e está presente em diversos alimentos, como carnes, peixes, frutas, legumes e vegetais. Sabendo que o átomo de K ​ ​tem 19 elétrons, represente sua distribuição eletrônica em camadas e subcamadas em ordem crescente de energia.

7. c) Resposta: As transições dos elétrons ocorrem com os elétrons mais externos, ou seja, no caso de S​ r​, ​Ca​, ​Ba​e ​Cu​, das subcamadas ​ 5s​, ​4s​, ​6s​e ​3d​, respectivamente. Como a energia das subcamadas é diferente, as transições são diferentes e produzem cores variadas.

05/11/2024 15:18:46

CAPÍTULO

4

Organização dos elementos químicos

Desenvolvimento da tabela periódica

Ilustrações: Vinícius Costa/Arquivo da editora

Ao longo do ano, a escola de Júlia realizou vários passeios com as turmas do Ensino Médio. Nesses passeios, ela e seus colegas visitaram um parque de diversões, uma exposição de arte, um jardim botânico, assistiram a um concerto da orquestra da cidade e foram a um museu de ciências. Júlia gosta de registrar os lugares que visita e faz isso com seu smartphone, assim, pode relembrar suas experiências e compartilhar as fotografias, os A. audio1.Mp3 01/01/26 0,5MB GPS: Museu vídeos e os áudios com a família e os amigos. Esses arquivos ficam armazevideo1.Mp4 05/04/26 nados na memória do smartphone na ordem cronológica em que são reali105MB GPS: Casa zados. Na imagem A, é possível verificar como os diferentes tipos de mídia foto1.jpeg 01/01/26 ficam misturados na pasta de arquivos do dispositivo. 1MB GPS: Museu audio2.Mp3 07/11/26 No dia da visita ao museu de ciências, Júlia e sua turma puderam apreciar 0,5MB GPS: Lago diferentes peças do acervo e ela fez diversos registros. Alguns meses depois, video3.Mp4 07/11/26 ao se encontrar com uma amiga, ela quis mostrar a fotografia de um terrário. 105MB GPS: Lago foto4.jpeg 04/02/26 Essa tarefa foi um pouco difícil, pois teve de localizar a fotografia desejada 1MB GPS: Parque entre todos os arquivos daquele ano, o que tomou bastante tempo. audio6.Mp3 01/01/26 0,5MB GPS: Museu Tal processo seria facilitado se Júlia pudesse organizar os arquivos de acordo com suas necessidades. Assim, ela poderia agrupar os registros de acordo video2.Mp4 04/02/26 105MB GPS: Parque com a localização e ordená-los por tipo de arquivo, como na imagem B. B.

Museu

Parque

foto1.jpeg 01/01/26 1MB GPS: Museu

foto4.jpeg 04/02/26 1MB GPS: Parque

foto3.jpeg 01/01/26 1MB GPS: Museu

video2.Mp4 04/02/26 105MB GPS: Parque

audio6.Mp3 01/01/26 0,5MB GPS: Museu audio1.Mp3 01/01/26 0,5MB GPS: Museu

foto3.jpeg 01/01/26 1MB GPS: Museu

Arquivos armazenados no smartphone.

Lago audio2.Mp3 07/11/26 0,5MB GPS: Lago video3.Mp4 07/11/26 105MB GPS: Lago

Arquivos agrupados por local e sequenciados por tipo.

Situações semelhantes a essa ocorreram com os elementos químicos no início do século XIX. Com mais de 30 elementos conhecidos, os cientistas da época sentiram que era necessário organizá-los a fim de facilitar a compreensão de suas propriedades e características. Vários estudiosos se dedicaram à elaboração de um modelo que agrupasse os elementos químicos com propriedades semelhantes, contribuindo assim para a criação da tabela periódica que conhecemos atualmente.

1. Resposta: Ela deveria organizar os arquivos por tamanho, para excluir os que ocupam mais espaço.

1. Caso Júlia precisasse

liberar espaço de armazenamento no smartphone e tivesse de selecionar arquivos para serem excluídos após um backup, qual seria o melhor critério de escolha?

As primeiras tabelas periódicas A primeira tentativa de classificar os elementos químicos foi proposta em 1789, pelo químico francês Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794). Ele agrupou os elementos até então conhecidos com base em suas propriedades, classificando-os em gases, metais, não metais e terrosos.

57

05/11/2024 15:20:00

Em 1829, o químico alemão Johann Wolfgang Döbereiner (1780-1849) observou que os elementos então conhecidos e que tinham propriedades semelhantes podiam ser organizados em grupos de três a três (tríades). A seguir, alguns exemplos das tríades propostas por Döbereiner. • Lítio (​​ Li)​​, sódio (​​ Na)​​ e potássio (​​ K)​​.

• Cálcio (​​ Ca)​​, estrôncio (​​ Sr)​​ e bário (​​ Ba)​​. • Cloro (​​ C𝓁) ​​, bromo (​​ Br)​​ e iodo (​​ I)​​.

• Ferro (​​ Fe)​​, cobalto (​​ Co)​​ e níquel (​​ Ni)​​.

• Enxofre (​​ S)​​, selênio (​​ Se)​​ e telúrio (​​ Te)​​.

Os elementos de uma mesma tríade tinham propriedades químicas semelhantes e a massa atômica do elemento central era, aproximadamente, igual à média aritmética dos outros dois elementos da tríade.

8 10 12

Li Be B

14

C

16

N

18

Dessa maneira, os elementos com propriedades semelhantes ficavam em uma mesma linha vertical. A aceitação desse modelo foi pequena, pois os valores das massas atômicas eram, em grande parte, errôneos e imprecisos.

20 22 24 26

Na Mg

28 30

Em 1862, o geólogo francês Alexandre-Émile Béguyer de Chancourtois (1820-1886) propôs a organização dos elementos químicos da seguinte maneira: inicialmente, com base na massa atômica do átomo de oxigênio (​​ O)​​ , de 1 ​ 6 u​, ele dividiu a superfície de um cilindro em 16 colunas e várias linhas horizontais; em seguida, traçou uma linha helicoidal (com 4 ​ 5°​ de inclinação) que começava no ponto zero e dava uma volta a cada 16 unidades. Os símbolos dos elementos químicos eram, então, dispostos sobre a linha helicoidal.

Aℓ

Si

32 Representação do parafuso telúrico de Chancourtois.

Imagem sem proporção e em cores fantasia.

Periodicidade: que apresenta regularidade; que ocorre em intervalos regulares.

Em 1864, o químico inglês John Alexander Reina Newlands (1837-1898) classificou os elementos químicos, conhecidos pela ordem crescente de massa atômica, em sete colunas (grupos) dispostas lado a lado. Newlands observou que, se olhássemos da esquerda para a direita, as propriedadesdoselementoseramsemelhantesdoprimeiro ao oitavo elemento da coluna, como as notas musicais, que se repetem a cada oitava. Para ele, os elementos que ficavam em uma mesma coluna tinham propriedades semelhantes. É por essa razão que temos a lei das oitavas de Newlands.

Alexandre-Émile Béguyer de Chancourtois.

John Alexander Reina Newlands.

Posteriormente, a lei das oitavas de Newlands também foi descartada pela comunidade científica, pois havia problemas com os valores das massas atômicas. Em 1866, o químico alemão Julius Lothar Meyer (1830-1895) montou uma tabela em que os elementos se distribuíam em grupos, de acordo com suas valências. Meyer montou ainda uma relação entre as massas atômicas e seus volumes, sendo o primeiro a reconhecer a periodicidade dos elementos em função de suas massas atômicas.

Biblioteca Nacional da França, Paris

6

SPL/Fotoarena

4

Akg-images/Album/Fotoarena

Heloísa Pintarelli/Arquivo da editora

Por exemplo, na tríade ​Li​, ​Na​e ​K​, a massa do sódio pode ser determinada por meio da massa do lítio (7) e do potássio (39).​ 7 ​+ ​39 massa atômica do Na ​= _ ​​ ​​= ​23​ 2 2 0 4 A organização proposta por Döbereiner foi considerada ineficaz, pois atendia a poucos elementos. Além disso, outros cientistas passaram a utilizar relações 6 14 8 10 12 semelhantes para organizar os elementos em grupos de quatro e cinco, o que 2 indicava que os elementos podiam ser organizados em grupos maiores.

Julius Lothar Meyer.

58

05/11/2024 15:20:01

UNIDADE

1 A relação observada por Meyer mostrava que, conforme a massa atômica dos elementos (representada no eixo horizontal) crescia continuamente, o volume atômico (representado no eixo vertical) não crescia de forma contínua, mas aumentava até certo elemento e, então, diminuía. Por isso, o gráfico não forma uma reta, mas uma curva com picos. Confira a seguir. Curva de volume atômico em função da massa atômica, apresentada por Lothar Meyer em 1870 cm⋅mol– 70 Cs 60

Rb

50 K

II

40

IV

III

Ba

Sr Na C

Ca

Br

I Zr

I

Th

La Dy

Sb Te Ce In Mg S Sn As Nb Li P Ti Se Pd Cd Si Mo Ga 10 V Fe N O A Ru Ag Cr Ni Zn Be Cgrafite Mn CoCu H B Cdiamante 0 0 20 40 60 80 100 120 140 20

V

Bi Ta

T

180

200

Pb Au Hg Os W Pt Ir 160

220

240

g⋅mol–

Fonte de pesquisa: LIMA, Geraldo M. de; BARBOSA, Luiz C. A.; FILGUEIRAS, Carlos A. L. Origens e consequências da tabela periódica, a mais concisa enciclopédia criada pelo ser humano. Química Nova, v. 42, n. 10, 2019. p. 1134.

Mendeleev escreveu as propriedades dos elementos químicos em cartões e, ao tentar organizá-los, percebeu que, colocando-os em ordem crescente de massa atômica, certos tipos de elementos ocorriam com regularidade. Inicialmente, os elementos semelhantes estavam dispostos em linhas horizontais, mas, logo depois, ele alterou a disposição dos elementos químicos para que coubessem em colunas verticais, como vemos hoje.

Sovfoto/UIG/Bridgeman Images/Easy Media Bank

Em 1869, já eram conhecidos 62 elementos químicos. Nessa época, o russo Dmitri Ivanovich Mendeleev (1834-1907) produziu o trabalho mais bem-sucedido no desenvolvimento da tabela periódica.

Dmitri Ivanovich Mendeleev. History & Art Collection/Alamy/Fotoarena

Mendeleev não apenas organizou os elementos de uma maneira eficaz, mas também deixou lacunas em sua tabela, prevendo as propriedades de cinco elementos químicos que ainda não haviam sido descobertos. Nos 15 anos seguintes, ocorreu a descoberta de três desses elementos. Science History Images/Alamy/Fotoarena

Vinícius Costa/Arquivo da editora

30

Organização dos elementos químicos na tabela periódica proposta por Mendeleev.

Rascunho da primeira versão da tabela periódica proposta por Mendeleev, em 1869.

Em 1913, o físico inglês Henry Gwyn Jeffreys Moseley (1887-1915), que trabalhava na equipe do físico neozelandês Ernest Rutherford (1871-1937), concluiu, por meio de experimentos com raios X, que as propriedades dos elementos químicos variam periodicamente em função de sua carga nuclear, ou seja, de seu número de prótons (número atômico). Moseley foi quem formulou a lei periódica atual.

59

05/11/2024 15:20:01

1. c) Resposta: Alternativas I e II. Resoluções nas Orientações para o professor. 1. d) Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes respondam que não, pois foi uma metodologia limitada, que não se aplicava a todos os elementos.

1. O químico alemão Johann Wolfgang Döbereiner

Apesar de ter sido substituída por um modelo mais preciso e eficiente, essa organização trazia a ideia de que alguns elementos poderiam fazer parte de um mesmo grupo. Analisando a ilustração e considerando as ideias de Chancourtois, é correto afirmar que: Resposta: Alternativa c. a ) a ilustração representa a planificação de cilindro dividido em diversas colunas e linhas horizontais, e a linha diagonal representa o agrupamento dos elementos químicos, ou seja, cloro e potássio pertencem ao mesmo grupo. b ) o parafuso telúrico não está corretamente representado nessa ilustração, pois o carbono deve estar no ponto zero. c ) os elementos químicos que aparecem na mesma linha vertical pertencem ao mesmo grupo, portanto têm as mesmas características físico-químicas, como ​Li​, ​Na​ e ​K​, destacado com fio pontilhado.

propôs, em 1829, a organização dos elementos químicos em grupos.

a ) Qual o nome dado para essa organização feita por Döbereiner? Resposta: Tríades. b ) De que maneira Döbereiner organizou os elementos químicos? Resposta: Organizou em grupos de três elementos.

c ) Qual das opções a seguir não forma a tríade proposta por Döbereiner? Faça os cálculos. I ) Nitrogênio (​​ N; Z ​= ​14)​​, fósforo ​​(P; Z ​= ​31)​​ e arsênio (​​ As; Z ​= ​75)​.​

II ) Oxigênio (​​ O; Z ​= ​16)​​, enxofre (​​ S; Z ​= ​32)​​ e selênio (​​ Se; Z ​= ​79)​​.

III ) Escândio ​​(Sc; Z ​= ​45)​​, titânio (​​ Ti; Z ​= ​48)​​ e vanádio ​​(V; Z ​= ​51)​​. IV ) Lítio ​​(Li; Z ​= ​7)​​, sódio (​​ Na; Z ​= ​23)​​ e potássio (​​ K; Z ​= ​39)​​.

d) o modelo proposto por Chancourtois teve grande aceitação pela comunidade científica, pois os valores de massa atômica disponíveis na época eram precisos e evitaram informações divergentes.

d ) Você considera que esse seja um método efetivo para organizar os elementos? Explique.

2. Uma das propostas de organização dos elementos químicos foi criada por Chancourtois, em 1862, e ficou conhecida como “parafuso telúrico”. 4

2 H

6

8 10 12 14 16 2

H

4 6

Li

8

Gi

10 Bo

12

C Ar

O

14 O 16 18

n

20 22

Na

24

Mg Mg

Vinícius Costa/Arquivo da editora

u

60

26 28

Si Pb

Mg

C

30 S 32 34 36 38

K C

40

3. a) Resposta: Foi a distribuição dos elementos em oito colunas, pois, ao considerar a ordem crescente de massa atômica dos elementos, o primeiro e o oitavo elemento têm propriedades semelhantes. 3. b) Resposta: Com a descobertas de novos elementos químicos, essa organização deixou de funcionar, pois havia problemas nos valores da massa atômica.

Representação do esboço plano do parafuso telúrico proposto por Chancourtois. Fonte de pesquisa: LIMA, Geraldo M. de; BARBOSA, Luiz C. A.; FILGUEIRAS, Carlos A. L. Origens e consequências da tabela periódica, a mais concisa enciclopédia criada pelo ser humano. Química Nova, v. 42, n. 10, 2019. p. 1134.

NÃO ESCREVA NO LIVRO.

3. A lei das oitavas, proposta pelo químico inglês

John Alexander Reina Newlands, em 1864, organizava os elementos químicos conhecidos em ordem crescente de massa atômica, de forma que eles ficassem agrupados com base em propriedades semelhantes e distribuídos como notas musicais em uma pauta musical.

8 1

8 1

Co

Ni

Cu

C

K

Ca

Cr

Ti

Mn

Fe

Co

A

Si

P

S

C

B

C

N

O

F

F

Na

Mg

H

Li

Be

Representação da lei das oitavas, em 1864.

Zn

Vinícius Costa/Arquivo da editora

ATIVIDADES

Fonte de pesquisa: PARRETT, Fred. Chemistry and all that jazz. SCI, 22 abr. 2014. Disponível em: https://www.soci.org/news/london/ big-band-2014. Acesso em: 31 jul. 2024.

a ) Qual foi a novidade trazida por esse tipo de organização dos elementos químicos? b ) Que motivos levaram os cientistas a abandonar a lei das oitavas?

4. A lei periódica formulada em 1913 pelo físico

inglês Henry Gwyn Jeffreys Moseley é utilizada até os dias atuais. Cite a principal diferença entre o critério de organização dos elementos segundo Mendeleev e Moseley.

4. Resposta: Moseley determinou a lei periódica com base em experimentos com raios X e concluiu que as propriedades dos elementos químicos variam de acordo com o número de prótons. Mendeleev estruturou os elementos químicos em ordem crescente de massa atômica, prevendo a existência de alguns que não eram conhecidos na época e reservando lugares para eles em posições determinadas na tabela periódica.

05/11/2024 15:20:01

7

6

5

4

3

2

1

Mg

12

Magnésio 24,31

Na

Sódio 22,99

19

12

17

Rádio (226)

88

Ra

Bário 137,33

7

104

89 - 103

92

91

90

Tório 232,04

Protactínio 231,04

Pa Urânio 238,03

U

Tabela periódica atual: períodos e grupos.

Actínio (227)

Th

89

Ac

144,24

Nd

Neodímio

Pr

140,91

Cério Praseodímio

Ce

60

140,12

59

Seabórgio (269)

106

Sg

Tungstênio 183,84

138,91

58

Dúbnio (268)

105

Db

Tântalo 180,95

74

W

Molibdênio 95,95

Lantânio

La

57

Actinídios Rutherfórdio (267)

Rf

Háfnio 178,49

Lantanídios

73

Ta

Nióbio 92,91

42

Neptúnio (237)

93

Np

Cynthia Sekiguchi/Arquivo da editora

Plutônio (244)

94

Pu

150,36

Samário

62

Hássio (269)

108

Hs

Ósmio 190,23

76

Os

Rutênio 101,07

44

Ru

Ferro 55,85

26

Fe

8

Pm Sm

Promécio (145)

61

Bóhrio (270)

107

Bh

Rênio 186,21

75

Re

Tecnécio (97)

43

Tc

Manganês 54,94

25

Mn

7

Tabela produzida com base em: ATKINS, Peter; JONES Loreta; LAVERMAN, Leroy. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. 7. ed. Porto Alegre: Bookman, 2018. BROWN, Theodore Lawrence et al. Chemistry: the central science. 15. ed. Expanded edition. Londres: Pearson Education, 2022. IUPAC Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights. Atomic weights of the elements 2021. Disponível em: https://iupac.qmul.ac.uk/AtWt/. SOCIEDADE Brasileira de Química. Tabela Periódica dos Elementos. Disponível em: https://www.sbq.org.br/anexos/tabela%20periodica_SBQ_3.0_set2023.pdf. Acessos em: 23 jul. 2024.

Massa atômica

6

72

Hf

57 - 71

56

Ba

Zircônio 91,22

Ítrio 88,91

Símbolo

Nome

41

Crômio 52,00

24

Cr

6

Nb Mo

40

Zr

Vanádio 50,94

Titânio 47,87

Estrôncio 87,62

Y

Escândio 44,96

39

Sr

Cálcio 40,08

38

23

V

22

Ti

21

Sc

Ca

5

4

3

Eu

Amerício (243)

95

111

Rg

Ouro 196,97

79

Au

Prata 107,87

47

Ag

Cobre 63,55

29

Cu

11

Gd

Cúrio (247)

96

157,25

Gadolínio

64

Califórnio (251)

Metais

98

Cf

164,93

Er

Férmio (257)

100

70

69

Túlio

Mendelévio (258)

101

168,93

Não metais

118

Og

Radônio (222)

86

Rn

Xenônio 131,29

54

Xe

Kriptônio 83,80

36

Kr

Argônio 39,95

Ar

18

Neônio 20,18

Ne

10

Lu

Laurêncio (262)

103

Lr

174,97

Lutécio

71

Tennesso Oganessônio (294) (294)

117

Ts

Astato (210)

85

At

Iodo 126,90

I

53

Bromo 79,90

35

Br

Cloro 35,45

Gases nobres

Nobélio (259)

102

No

173,05

Itérbio

Yb

Livermório (293)

Moscóvio (290)

Tm

Lv

116

Polônio (209)

84

Po

Telúrio 127,60

52

Te

Selênio 78,97

34

Se

Mc

115

Bismuto 208,98

83

Bi

Antimônio 121,76

51

Sb

Fm Md

Érbio 167,26

68

Fleróvio (290)

114

F

Chumbo 207,2

82

Pb

Estanho 118,71

50

Sn

Arsênio 74,92

33

As

Enxofre 32,06

Metais de transição interna

Einstênio (252)

99

Es

Hólmio

Ho Dy

67

Nihônio (286)

113

Nh

Tálio 204,38

81

T

Índio 114,82

49

Germânio 72,63

Gálio 69,72

In

Ge

32

Silício 28,09

Ga

31

Alumínio 26,98

Fósforo 30,97

17

C

16

S

P

15

Si

14

A

13

F

Flúor 19,00

O

Oxigênio 16,00

N

Nitrogênio 14,01

C

Carbono 12,01

B

Boro 10,81

Disprósio 162,50

66

Copernício (285)

112

Cn

Mercúrio 200,59

80

Hg

Cádmio 112,41

48

Cd

Zinco 65,38

30

Zn

Hidrogênio

Berkélio (247)

97

158,93

Térbio

Tb

65

Darmstádtio Roentgênio (281) (282)

110

Ds

Platina 195,08

78

Pt

Paládio 106,42

46

Pd

Níquel 58,69

28

Ni

10

Am Cm Bk

Európio 151,96

63

Meitnério (277)

109

Mt

Irídio 192,22

77

Ir

Ródio 102,91

45

Rh

Cobalto 58,93

27

Co

9

Observação: as cores utilizadas nesta tabela não têm significado científico; são apenas recursos visuais pedagógicos.

9

A tabela periódica atual baseia-se na lei da periodicidade de Moseley. Nela, os elementos químicos estão dispostos em ordem crescente de seu número atômico, distribuídos em 7 períodos (linhas) e em 18 grupos (colunas).

Número atômico

Frâncio (223)

Fr

87

Césio 132,91

Cs

55

Rubídio 85,47

Rb

37

Potássio 39,10

K

20

Berílio 9,01

Lítio 6,94

11

Be

Li

8

7

6

Hélio 4,00

16

15

14

5

4

3

13

2

Hidrogênio 1,01

As massas atômicas relativas são listadas com arredondamento no último algarismo. As massas atômicas entre parênteses representam valores ainda não padronizados pela IUPAC.

He

2

18

H

1

1

Com massas atômicas referidas ao isótopo 12 do carbono

Tabela periódica dos elementos

A tabela periódica atual Dica UNIDADE

1

Um exemplo de tabela que contém os símbolos dos elementos em Libras e informações adicionais, como distribuição eletrônica e estado físico em temperatura ambiente, é a chamada Tabela Periódica Inclusiva, disponível em: https://www.tabelaperiodicalibras.com.br/. Acesso em: 5 ago. 2024.

Tabela periódica.

61

05/11/2024 15:20:02

Estrutura da tabela periódica dos elementos químicos Como podemos conferir na tabela periódica da página anterior, os 118 elementos químicos conhecidos atualmente estão distribuídos em períodos e grupos. 1

18

1

1

3

He 2

13

4

2

Li

Be

Lítio 6,94

Berílio 9,01

3

Na

Mg

Sódio 22,99

Magnésio 24,31

11

Ilustrações: Cynthia Sekiguchi/Arquivo da editora

2

H Hidrogênio 1,01

19

4

K

Potássio 39,10

6

20

Ca Cálcio 40,08

A

3 21

Sc

Escândio 44,96 39

22

Ti

Titânio 47,87 40

5 23

V

Vanádio 50,94

24

Cr

Crômio 52,00

25

Mn

Manganês 54,94

8

9 27

26

Fe

Co

Ferro 55,85

Cobalto 58,93 45

28

Ni

Níquel 58,69

29

Cu Cobre 63,55

30

Zn Zinco 65,38

Alumínio 26,98 31

Ga Gálio 69,72 49

14

Si

Silício 28,09 32

Ge

Germânio 72,63

15

P

Fósforo 30,97 33

As

Arsênio 74,92 51

16

S

Enxofre 32,06 34

Se

Selênio 78,97

17

C

Cloro 35,45 35

Br

Bromo 79,90

18

Ar

Argônio 39,95 36

Kr

Kriptônio 83,80 54

Rutênio 101,07

Rh Ródio 102,91

Pd

Paládio 106,42

Ag

53

Tecnécio (97)

Ru

52

Molibdênio 95,95

Prata 107,87

Cádmio 112,41

Índio 114,82

Estanho 118,71

Antimônio 121,76

Telúrio 127,60

Iodo 126,90

Xenônio 131,29

55

56

57 - 71

72

73

74

75

76

77

78

79

80

81

82

83

84

85

86

Bário 137,33

Lantanídios

Cs Fr

Frâncio (223)

Ba 88

89 - 103

Rádio (226)

Actinídios

Ra

57

6

7

Hf

Háfnio 178,49 104

Rf

Rutherfórdio (267)

105

Db Dúbnio (268)

106

Sg

Seabórgio (269)

107

Bh Bóhrio (270)

Os

Ir

Irídio 192,22

Ósmio 190,23

109

108

Hs

Mt

Meitnério (277)

Hássio (269)

110

Ds

Au

Ouro 196,97 111

Rg

Darmstádtio Roentgênio (281) (282)

61

62

Cério

Praseodímio

Neodímio

Promécio

Samário

Európio

Gadolínio

Gd

Tb

140,12 90

140,91 91

144,24 92

(145)

150,36 94

151,96 95

157,25 96

158,93 97

Actínio (227)

Tório 232,04

Protactínio 231,04

Urânio 238,03

Plutônio (244)

Amerício (243)

(247)

(247)

Th

Pa

Nd U

Pm Sm 93

Np

Neptúnio (237)

63

Pt

Platina 195,08

Ce

Pr

60

Re

Rênio 186,21

La

Ac

59

W

Tungstênio 183,84

138,91 89

Lantânio

58

Ta

Tântalo 180,95

43

47

12

Nióbio 92,91

Tc

46

11

Nb

Mo

44

10

Eu

Pu Am

64

65

Térbio

Cm Bk Cúrio Berkélio

48

Cd

Hg

Mercúrio 200,59 112

Cn

Copernício (285)

66

Dy

Disprósio 162,50 98

Cf Califórnio (251)

In

T

Tálio 204,38 113

Nh

Nihônio (286)

67

50

Sn

Pb

Chumbo 207,2 114

F

Fleróvio (290)

68

Sb Bi

Bismuto 208,98 115

Mc

Moscóvio (290)

69

Te

Po

Polônio (209) 116

Lv

Livermório (293)

70

I

At

Astato (210) 117

Ts

Tm

Yb Itérbio

Lutécio

167,26 100

168,93 101

173,05 102

174,97 103

(252)

(257)

(258)

(259)

Túlio

Md Nobélio No Es Fm Einstênio Férmio Mendelévio

Rn

Radônio (222)

Na

nome do elemento químico

Sódio 22,99

118

Og

71

Er

164,93 99

Érbio

Xe

11

símbolo do elemento químico

Tennesso Oganessônio (294) (294)

Ho Hólmio

número atômico

10

Ne

Neônio 20,18

Zr

Y

42

7

9

F

Flúor 19,00

Zircônio 91,22

Sr

41

6

8

O

Oxigênio 16,00

17

Ítrio 88,91

Césio 132,91

38

4

7

N

Nitrogênio 14,01

16

Estrôncio 87,62

Rb

87

7

13

12

6

C

Carbono 12,01

15

Rubídio 85,47

37

5

5

B

Boro 10,81

14

Hélio 4,00

Lu

massa atômica

Lr Laurêncio

Destaque do elemento químico sódio.

(262)

Tabela periódica.

Número atômico Representado por (​​ Z)​​, o número atômico indica o número de prótons (​​ p)​​ existentes no núcleo do átomo do elemento químico. Os átomos de um mesmo elemento químico têm o mesmo número de prótons no núcleo.

Símbolo e nome do elemento químico Cada elemento químico é representado por uma ou duas letras, sendo a primeira sempre maiúscula e a segunda, minúscula. Atualmente, há 118 elementos químicos reconhecidos oficialmente, dos quais 92 ocorrem naturalmente na Terra e 24 são sintéticos, ou seja, produzidos em laboratório.

Massa atômica Representada por ​A​, a massa atômica refere-se à soma do número atômico ​​(Z)​​ e de nêutrons ​​(n)​​ presentes no núcleo do átomo, ou seja: ​A ​= ​Z ​+ ​n​ Na tabela periódica, o valor apresentado representa a massa atômica média, determinada a partir da massa dos isótopos do elemento químico e sua abundância relativa na natureza.

Dica A massa dos elétrons é tão pequena em relação ao núcleo que geralmente não é considerada. Isótopos: átomos de um mesmo elemento químico que têm número de nêutrons diferentes.

Número de níveis eletrônicos por período

Períodos As sete linhas horizontais da tabela periódica representam os períodos. Cada período corresponde à quantidade de níveis eletrônicos que o átomo do elemento químico apresenta e elementos químicos de um mesmo período têm a mesma quantidade de níveis eletrônicos. Confira no quadro Número de níveis eletrônicos por período. Logo abaixo da tabela, há duas séries de elementos químicos: dos lantanídios (sexto período) e dos actinídios (sétimo período). Essa organização é feita para evitar que a tabela periódica fique com linhas extensas.

Período

Número de níveis eletrônicos

1º

1: (K)

2º

2: (K, L)

3º

3: (K, L, M)

4º

4: (K, L, M, N)

5º

5: (K, L, M, N, O)

6º

6: (K, L, M, N, O, P)

7º

7: (K, L, M, N, O, P, Q)

62

05/11/2024 15:20:02

UNIDADE

1 Grupos As 18 colunas da tabela periódica representam os grupos de elementos químicos. Os elementos contidos nos grupos 1, 2, 13, 14, 15, 16, 17 e 18 são conhecidos como elementos representativos. Os elementos de transição estão contidos nos grupos 3 a 12 da tabela periódica e podem ser divididos em dois grupos: elementos de transição interna, que abrangem os elementos contidos nas séries dos lantanídios e actinídios; e elementos de transição externa, que incluem os demais elementos. Os elementos químicos de um mesmo grupo têm propriedades químicas semelhantes, pois apresentam professora: Comentários sobre como trabalhar a mesma configuração eletrônica em sua camada de valência. Professor, a configuração eletrônica da camada de valência nas Orientações para o professor.

Nome e configuração eletrônica do nível de valência de cada grupo Grupo 1 2 3-12

Nome

Configuração eletrônica do nível de valência (

)

Metais alcalinos

​​ns​​ 1​ ​ com n ≠ 1 ​​

Metais alcalinoterrosos

​​ns​​ 2​​ com n ≠ 1 ​​

(

Elementos de transição externa

Apesar de o elemento químico hidrogênio (​​ H)​​ apresentar configuração eletrônica ​1 ​s​​ 1​​, ele não é um metal alcalino. Trata-se de um elemento representativo classificado à parte.

)

​​(n ​− ​1)​ ​d​​

​(1 a 10)​

​​(n ​− ​2)​ ​f​​

​​

​​

​(1 a 14)​

3-12

Elementos de transição interna

13

Grupo do boro

​​ns​​ 2​ ​np​​ 1​​

14

Grupo do carbono

​​ns​​ 2​ ​np​​ 2​​

15

Grupo do nitrogênio

​​ns​​ 2​ ​np​​ 3​​

16

Calcogênios

​​ns​​ 2​​np​​ 4​​

17

Halogênios

​​ns​​ 2​ ​np​​ 5​​

18

Gases nobres

Dica

​​ns​​ 2​ ​np​​ 6​ (​ com n ​> ​1)​​

Classificação dos elementos químicos

Hidrogênio

Metais de transição interna

Metais

Não metais

Ilustrações: Cynthia Sekiguchi/Arquivo da editora

De acordo com suas propriedades químicas, os elementos podem ser classificados em hidrogênio, metais, ametais (ou não metais) e gases nobres. Na imagem, essas classes estão diferenciadas por cores.

Gases nobres

Representação das classes de elementos químicos da tabela periódica.

O hidrogênio é o elemento mais simples e abundante do Universo. Ele pode ser encontrado no Sol e na maioria das estrelas e tem a propriedade de se combinar com metais e ametais. Nas condições ambientais de temperatura e pressão (CATP, 2 ​ 5 °C​ e ​1 atm​), é um gás inflamável e tem comportamento químico semelhante ao dos ametais. Na tabela periódica, pode ser alocado no grupo 1 por conta de sua camada de valência ou então destacado isoladamente no topo da tabela, por não pertencer ao grupo dos metais alcalinos. O hidrogênio molecular é visado como combustível em veículos, como exemplifica a fotografia. Ao entrar em combustão, esse gás libera apenas vapor de água como produto.

Paceman/Shutterstock.com

Hidrogênio

Ônibus movido a gás hidrogênio (​​ ​H​2​​)​​ em Berlim, na Alemanha, em 2018.

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05/11/2024 15:20:03

Metais

Hematita. RHJPhtotos/Shutterstock.com

Os metais correspondem à maior parte dos elementos químicos. Suas substâncias simples têm como principal característica formar íons positivos (cátions). Entre outras características, os metais apresentam brilho metálico, são bons condutores de calor e corrente elétrica e facilmente transformados em fios (ductilidade) e lâminas (maleabilidade). Em geral, os metais são encontrados na natureza associados a outros elementos, na forma de minérios. Por exemplo, o minério hematita ​​(​Fe​2​​ ​O​3​​)​​, do qual se extrai o ferro. Alguns metais, como ferro, cobalto e níquel, são atraídos por ímãs.

BJ Photo/Shutterstock.com

Imagens desta página sem proporção.

Metais de transição interna Os metais de transição interna se subdividem em duas séries. A dos lantanídios compreende os elementos entre o lantânio (​​ La)​​ e o lutécio (​​ Lu)​​. Já a dos actinídios compreende os elementos entre o actínio (​​ Ac)​​ e o laurêncio ​​(Lr)​​. Essas séries são frequentemente representadas como linhas abaixo da tabela, de modo a ocupar menos espaço lateralmente, mas também fazem parte da tabela periódica.

Érbio sólido.

Esses elementos têm como característica a camada de valência com elétrons nos orbitais f.

Os actinídios são os elementos químicos mais pesados da tabela, e muitos deles, como o mendelévio (​​ Md)​​ e o einstênio (​​ Es)​​, são sintéticos, ou seja, não existem na natureza. Além disso, vários são radioativos, como o tório ​​(Th)​​ e o urânio (​​ U)​​, usados em usinas de energia nuclear. Professor, professora: Se achar interessante,

Minério de urânio.

Os ametais, em geral, têm como principal característica química a tendência a atrair elétrons, formando ânions. Em geral, suas substâncias simples são más condutoras de calor e de corrente elétrica, com exceção do carbono grafite (​​ C)​​, e não são maleáveis nem dúcteis. Nas CATP, alguns ametais são gasosos, como nitrogênio (​​ N)​​, oxigênio ​(O)​​, flúor (​​ F)​​ e cloro ​(C𝓁)​​; o bromo é líquido e os demais ametais são sólidos, como é o caso do enxofre (​​ S)​​, como se verifica na imagem.

Sebastian Janicki/ Shutterstock.com

leia o artigo sobre o histórico, a produção e perspectivas das terras-raras no Brasil, disponível em: https://www.scielo.br/j/qn/a/rV5BjydbKvZFZcPhwktTVgf/. Acesso em: 4 out. 2024.

Enxofre sólido. East of Suez/Shutterstock.com

Ametais ou não metais

RHJPhtotos/ Shutterstock.com

Os lantanídios, como o érbio (​​ Er)​​, podem ser encontrados na natureza na forma metálica ou de óxidos. Esses elementos também são conhecidos como terras-raras e são explorados para a produção de componentes eletrônicos, baterias e painéis solares.

Gases nobres Os gases nobres são pouco reativos e isso ocorre porque esses elementos apresentam a camada de valência completa, o que confere grande estabilidade a eles. Nas CATP, encontram-se na fase gasosa em pequenas porções na atmosfera, sendo o argônio o mais abundante. Eles são utilizados em diversos locais, como balões-sonda, letreiros luminosos, sistemas de visão noturna e até para tratamento de certos tipos de câncer.

Outras informações/classificações

Painel de neon em Hong Kong, China, em 2019.

Algumas tabelas periódicas podem ter outras classificações e informações adicionais sobre os elementos químicos; isso depende da característica que se deseja destacar ou estudar. É comum, por exemplo, utilizar cores e legendas para indicar dados como estado físico, distribuição eletrônica, radioatividade, entre outros.

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05/11/2024 15:20:03

UNIDADE

1 Contribuição de mulheres para a tabela periódica

Outra mulher contemporânea de Marie Curie foi a física austríaca Lise Meitner (1878-1968). Com 22 anos de idade, Meitner, inspirada nos trabalhos de Marie, conseguiu entrar na universidade para estudar Física como ouvinte. Ela foi responsável pela descoberta do elemento de número atômico 91, o protactínio ​​(Pa)​​. A química alemã Ida Noddack (1896-1978), em parceria com seu marido, o químico alemão Walter Noddack (1893-1960), descobriu o elemento rênio, cujo símbolo é ​Re​. Vivendo na Alemanha no período do regime nazista, Ida foi mais um exemplo de perseverança na história feminina dedicada à ciência. Durante esse governo, as mulheres não podiam ocupar certos cargos e havia uma lei que obrigava as instituições a demitirem-nas quando elas se casavam. Vários nomes de elementos da tabela periódica foram inspirados em nomes de lugares e pessoas, como é o caso do califórnio (​​ Cf)​​, em homenagem ao estado da Califórnia (EUA), e o bório ​​(Bh)​​, para homenagear o físico dinamarquês Niels Bohr (1885-1962). Também a química francesa Marguerite Perey (1875-1909) homenageou seu país ao descobrir o elemento químico cujo número atômico é 87, o frâncio (​​ Fr)​​. Ela foi assistente pessoal de Marie Curie. Após a morte da cientista polonesa, Perey continuou seus trabalhos com a filha de Marie, Irène Joliot-Curie (1897-1956), e seu esposo, o químico francês Jean Frédéric Joliot (1900-1958).

incamerastock/Alamy/Fotoarena

Lise Meitner. Science History Images/Alamy/Fotoarena

Localize na tabela os elementos polônio (​​ Po) ​​e rádio (​​ Ra) ​​e as informações sobre eles. Antes das pesquisas da cientista polonesa Marie Curie (1867-1934) e sua equipe, esses elementos ainda não eram conhecidos. Para obter o rádio metálico ao longo dos anos, ela trabalhou com toneladas de um minério contendo urânio chamado pechblenda; havia uma série de etapas químicas de separação, para conseguir pouquíssima quantidade de ​Ra​. O elemento cúrio (​​ Cm) ​​tem esse nome para homenageá-la, bem como o seu marido, o cientista francês Pierre Curie (1859-1906). Os trabalhos prestados por Marie Curie lhe renderam dois prêmios Nobel no início do século XX, um na área de Química e outro na área de Física.

Marie Curie.

Ida Noddack. Science Source/Fotoarena

Mas nada teria para se organizar se não fossem os diversos elementos descobertos ao longo do tempo. E isso também foi um trabalho de muitas mãos, inclusive femininas. Embora as mulheres, ao longo da história, tenham sido impedidas de frequentar a escola e a universidade, muitas fizeram contribuições importantes para a ciência. Algumas dessas contribuições estão ligadas ao descobrimento de elementos químicos.

Instituto Wellcome, Londres, Inglaterra

Você já parou para pensar como a tabela periódica é a síntese dos resultados de diversos experimentos em um único lugar? Tipos de ligações químicas, raios atômicos e reatividade podem ser consultados e/ou previstos de acordo com a posição dos elementos, que é dada em grupos e períodos. Muitos cientistas, como Newlands, Döbereiner e – o mais conhecido deles – o russo Mendeleev, envolveram-se na tentativa de encontrar a melhor organização da tabela, prevendo, com determinada precisão as propriedades de elementos que ainda não haviam sido descobertos.

Marguerite Perey.

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CONEXÕES com ... FÍSICA

Formação de novos elementos químicos: entre a ficção e a realidade

Paramount/Courtesy Everett Collection/Fotoarena

Nos filmes e quadrinhos de ficção, Tony Stark, também conhecido como o super-herói Homem de Ferro, sintetiza um novo elemento químico chamado “badássio” para substituir o paládio em seu reator ARC (um aparelho implantado em seu peito para mantê-lo vivo). Embora essa narrativa seja fascinante e cheia de imaginação, está repleta de limitações e impossibilidades, pois a criação de novos elementos químicos é um processo extremamente complexo e delicado. No mundo real, a produção de novos elementos químicos é um campo de estudo de cientistas em instituições de pesquisa ao redor do mundo, e esses processos ocorrem em equipamentos sofisticados chamados aceleradores de partículas. Atualmente, a tabela periódica contempla elementos até o número atômico 118, que é o oganessônio, o elemento mais pesado.

Personagem Tony Stark com o reator fictício em seu corpo.

A ideia de criar um elemento como o badássio seria uma tarefa bastante complexa. Qualquer elemento hipotético mais pesado que o oganessônio seria extremamente instável, decompondo-se quase instantaneamente após sua criação. Isso acontece porque, à medida que os elementos se tornam mais pesados, o núcleo deles se torna mais propenso a se desintegrar por causa da força de repulsão eletrostática entre os prótons. Um exemplo dessa complexidade é a descoberta do nihônio, de número atômico 113. Os cientistas conseguiram obter apenas três átomos em 15 anos de pesquisas, que existiram por um período extremamente curto. Desde a Antiguidade, o ser humano tem alimentado o desejo de criar e recriar elementos químicos, uma aspiração que ganhou força na época da alquimia, durante a Idade Média (476-1453). Os alquimistas, com suas tentativas de transmutar metais comuns em ouro e descobrir o elixir da vida, lançaram as bases para o desenvolvimento da Química moderna. Essas buscas místicas e experimentações rudimentares abriram caminho para o entendimento das reações químicas e da natureza dos elementos. Ao longo dos séculos, o conhecimento acumulado pela alquimia e, posteriormente, pela ciência moderna levou ao desenvolvimento de tecnologias avançadas, como os aceleradores de partículas. Esses dispositivos permitiram aos cientistas modernos atingir energias necessárias para sintetizar elementos que não ocorrem naturalmente, fazendo avançar o entendimento da matéria e do Universo. Os elementos químicos sintéticos produzidos em aceleradores de partículas resultam da colisão dos núcleos de átomos a velocidades extremamente altas. Esses aceleradores utilizam campos magnéticos e elétricos para impulsionar partículas, como prótons e íons, a energias suficientemente altas para que possam colidir e formar novos núcleos atômicos.

66

05/11/2024 15:20:05

a) Resposta: Espera-se que os estudantes respondam que esses tipos de equipamento são importantes para a ciência porque propiciam a pesquisa e a criação de novos materiais que um dia podem ter aplicações na sociedade, bem como permitir a validação de modelos teóricos.

Edson Grandisoli/Pulsar Imagens

Cerca de 92 elementos químicos conhecidos se formaram naturalmente no Universo. O urânio, com 92 prótons, é o mais pesado desses elementos naturais. Desde 1937, elementos mais pesados que o urânio têm sido sintetizados, apesar de geralmente serem instáveis.

6G 5-

Léptons Bósons de calibre Bóson de Higgs

,4

G

Bóson Z

80

>1

5,

5M

Neutrino Tau

Quarks

W

Vinícius Costa/Arquivo da editora

G ,2 91

2G 4, 7G 77 1,

4M 10 7M 5, 10 M 17 0,

12

2G 1, 17

G 27 1,

2, 8M 4, 1M 51 0, ,2

ντ

Z –1 +/

>2

Tau

0

Neutrino Múon

Bóson de Higgs

Fóton

–1

νμ

H

γ

/3

Neutrino Elétron

τ

0

–

μ Múon

0

νe

Bottom

Glúon –1

Elétron

b

Strange

–1

–1

e–

/3

/3

s

Top –1

–1

d Down

g

3

Charm

t

2/

Up

c

3

3

u

2/

2/

Os aceleradores de partículas não são usados apenas para criar elementos; eles também são fundamentais para a Física de Partículas, que estuda as partículas mais básicas que compõem a matéria. Elas são descritas pela teoria do modelo-padrão e incluem quarks, que se juntam para formar prótons e nêutrons; léptons, como os elétrons, que circulam em torno dos núcleos atômicos; e bósons, partículas que medeiam as forças fundamentais, como o fóton (mediador de força eletromagnética) e o glúon (mediador da força forte, que mantém as partículas do núcleo atômico juntas).

4M

Vista superior do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron, que tem um acelerador de partículas, no município de Campinas (SP), em 2022.

carga massa

Bóson W

Partículas do modelo padrão. Fonte de pesquisa: CAIRES, Luiza. Maior acelerador de partículas do mundo passa por um upgrade. O que vem por aí? Jornal da USP, 26 ago. 2019. Disponível em: https://jornal.usp. br/ciencias/ciencias-exatas-e-da-terra/maior-acelerador-de-particulas-do-mundo-passa-por -um-upgrade-o-que-vem-por-ai/. Acesso em: 31 jul. 2024.

Por exemplo, o Large Hadron Collider (LHC), na CERN (Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear), é o maior e mais poderoso acelerador de partículas do mundo. Foi no LHC que os cientistas detectaram o bóson de Higgs, partícula que confere massa a outras partículas. a ) Qual é a importância de equipamentos de pesquisa avançados para a ciência, como os aceleradores de partículas? b ) Você conhece alguma contribuição direta dos aceleradores de partículas para a sociedade? Se necessário, faça uma pesquisa. Resposta pessoal. Os estudantes podem mencionar contribuições na Medicina, como a produção de radioisótopos para o tratamento de câncer.

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05/11/2024 15:20:06

3. c) Resposta: Espera-se que os estudantes respondam que o cobre é um ótimo condutor de eletricidade e de calor e apresenta alta ductilidade e maleabilidade.

1. Confira o recorte de uma parte da tabela periódica e responda às questões a seguir.

1. a) Resposta: Grupo 1, dos metais alcalinos; e grupo 2, dos metais alcalinoterrosos. 3 4 1. b) Resposta: O grupo 1 tem configuração ​​ns​​ 1​​ e o grupo 2, configuração ​​ns​​ 2​​. Lítio Berílio

Li

Be

6,94

9,01

11

12

Na

Mg

Sódio 22,99

Magnésio 24,31

19

20

Cynthia Sekiguchi/Arquivo da editora

K

Potássio 39,10 37

Rb

Rubídio 85,47

Ca Cálcio 40,08 38

Sr

Estrôncio 87,62

2. c) Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes respondam que as próteses têm por finalidade suprir as necessidades e funções de membros do corpo. Além de auxiliar na qualidade de vida da pessoa, sua importância estética influencia no tratamento psicológico e social do indivíduo.

Recorte da tabela periódica.

a ) O recorte apresenta elementos de quais grupos? b ) Como é a configuração eletrônica do nível de valência desses elementos químicos? c ) Identifique qual(is) dos pares a seguir apresenta elementos com propriedades químicas semelhantes. Resposta: II e III. I ) ​Li​e ​Be​.

III ) ​K​e ​Rb​.

II ) ​Ca​e ​Be​.

IV ) ​Rb​e ​Be​.

d ) Qual é o critério utilizado para determinar se os elementos têm propriedades semelhantes? Resposta: Pertencimento ao mesmo grupo.

2. Leia a manchete a seguir.

Próteses ortopédicas feitas com nióbio-titânio começam a ser produzidas Disponível em: https://www.abmbrasil.com.br/por/ noticia/proteses-ortopedicas-feitas-com-niobio-titanio -comecam-a-ser-produzidas. Acesso em: 31 jul. 2024.

a ) Quais são o símbolo e o número atômico dos elementos químicos citados na manchete? Resposta: ​Nb​, ​Z ​= ​41​; ​Ti​, ​Z ​= ​22​.

b ) Qual dos dois elementos químicos tem maior massa atômica? Resposta: Nióbio. c ) Qual é a importância da produção de próteses ortopédicas?

3. d) Resposta: Espera-se que os estudantes respondam que sim, pois os metais são bons condutores de eletricidade e são dúcteis.

NÃO ESCREVA NO LIVRO.

3. O cobre (​​ Cu)​​ tem uma série de aplicações graças

às suas propriedades químicas e físicas. Atualmente, a maior parte do cobre é utilizada em equipamentos elétricos e na fabricação de fios da rede elétrica. A respeito desse elemento químico, responda às questões a seguir. Deyan Georgiev/ Shutterstock.com

ATIVIDADES

Fio elétrico.

a ) O cobre é um metal ou um ametal? Em qual período e grupo da tabela periódica ele se encontra? Resposta: Metal. Quarto período, grupo 11.

b ) Em que estado de agregação (sólido, líquido, gasoso) se encontra o cobre à temperatura ambiente? Resposta: Sólido. c ) Cite duas características que esse elemento químico apresenta que justifiquem sua ampla utilização em equipamentos elétricos. d ) Em sua opinião, seria possível utilizar outro elemento químico do grupo do cobre para a fabricação de fios elétricos? Justifique.

4. Marguerite Perey, física francesa, anunciou a des-

coberta do elemento 87 em 1939. Ela propôs chamá-lo de frâncio, em referência a seu país natal, com o símbolo F​ a​. Em 1949, a União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC) confirmou o nome que ela propôs, mas o símbolo foi mudado para ​Fr​em 1951. a ) Qual é o número atômico desse elemento e o que ele representa? b ) De acordo com sua localização na tabela periódica, qual é o seu período e grupo?

5. Associe os elementos químicos com o seu grupo da tabela periódica. 5. Resposta: Alternativa d.

I. Lítio (​​ Li)​​.

II. Berílio ​​(Be)​​.

III. Flúor ​​(F)​​.

IV. Neônio (​​ Ne)​​.

A. Halogênio. B. Gases nobres. C. Metal alcalinoterroso. D. Metal alcalino.

Agora, identifique a alternativa correta. 4. a) Resposta: Seu número a ) I – A; II – B; III – C; IV – D. atômico é 87 e representa b ) I – A; II – C; III – B; IV – D. a quantidade de prótons existentes no núcleo do c ) I – D; II – A; III – C; IV – B. átomo desse elemento d ) I – D; II – C; III – A; IV – B. químico. e ) I – B; II – D; III – A; IV – C.

4. b) Resposta: O elemento frâncio pertence ao 7º período e ao grupo dos metais alcalinos.

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6. O sódio é o sexto elemento químico mais comum na Terra e compõe cerca de 2,6% da crosta terrestre.

Trata-se de um metal macio, que reage vigorosamente com a água e que, por causa dessa alta reatividade, não é encontrado de forma isolada na natureza. O metal de sódio é produzido por eletrólise do cloreto de sódio fundido. Sobre o elemento químico sódio ​(Z ​= ​11)​, julgue as afirmativas a seguir como verdadeira (V) ou falsa (F) e corrija a(s) falsas. Resposta: V – V – V – F – V; d) Pertence ao grupo dos metais alcalinos.

UNIDADE

1

a ) Tem 11 prótons em seu núcleo atômico. b ) É sólido à temperatura ambiente. c ) Está localizado no terceiro período da tabela periódica. d ) Pertence ao grupo dos metais alcalinoterrosos.

7. Professor, professora: Oriente os estudantes a resolver as questões cujas alternativas

e ) É representado pelo símbolo ​Na​. são numeradas. Os valores das alternativas que respondem corretamente à questão devem ser somados e a resposta é o resultado da somatória.

7. Identifique as sentenças com informações corretas sobre a classificação periódica do elemento químico com número atômico 38. Em seguida, escreva a soma dessas sentenças. Resposta: Soma: ​01 ​+ ​08 ​= ​09​ 01 ) Pertence ao grupo 2.

04 ) É um metal alcalino.

02 ) Encontra-se no sexto período.

08 ) Apresenta 2 elétrons em seu nível de valência.

8. A física polonesa Marie Curie foi a primeira mulher a ganhar o Prêmio Nobel, destacando-se por realizar importantes pesquisas sobre a radioatividade com seu marido, o físico Pierre Curie, e descobrir três elementos químicos: o rádio, o polônio e o tório (​ Th)​. Resposta: Alternativas c e e.

Qual(is) item(ns) a seguir apresenta(am) informações corretas sobre esses três elementos químicos? a ) Rádio e polônio têm, respectivamente, a massa atômica de 226 e 209 e pertencem ao sétimo período da tabela periódica. b ) Rádio e polônio são ametais representados pelos símbolos ​Ra​e ​Po​, respectivamente. c ) O tório é um elemento químico pertencente ao grupo dos actinídios. d ) O polônio tem número atômico 84 e pertence ao grupo 15. e ) O rádio pertence ao grupo dos metais alcalinoterrosos, grupo 2 da tabela periódica.

9. Identifique a alternativa com a configuração eletrônica do subnível mais energético dos elementos químicos de transição externa, como a platina e o titânio. a ) Configuração eletrônica (​ n ​− ​1)​ ​d​(

​ 1 a 10)​

b ) Configuração eletrônica (​ n ​− ​2)​ ​d​(

​.

​ 1 a 10)​

9. Resposta: Alternativa a.

10. Leia o texto a seguir.

​.

c ) Configuração eletrônica (​ n ​− ​2)​ ​f​(

​ 1 a 14)​

d ) Configuração eletrônica (​ n ​− ​1)​ ​d​(

​.

​ 1 a 14)​

​.

10. a) Resposta pessoal. Os estudantes podem mencionar o titânio (​​ Ti)​​, que foi relacionado aos titãs da mitologia grega; o símbolo do ouro (​​ Au)​​, que vem da palavra aurum do latim e significa “aurora reluzente”.

[…] o símbolo do mercúrio, ​Hg​, consiste de duas letras que nem aparecem no nome do elemento. A solução desse mistério – a palavra deriva de hydragyrum, “água de prata” em latim – me ajudou a entender o quanto as línguas e as mitologias antigas influenciaram a tabela periódica, algo que se vê até hoje nos elementos mais recentes e superpesados da última linha. Também encontrei mercúrio em minhas aulas de literatura. Fabricantes de chapéu usavam uma água de mercúrio brilhante e alaranjada para separar pelo das peles, e os chapeleiros que trabalhavam perto de tanques fumegantes, como o chapeleiro louco de Alice no País das Maravilhas […] [...] KEAN, Sam. A colher que desaparece. Rio de Janeiro: Zahar, 2011. p. 9-10.

a ) Quais outros nomes de elementos químicos foram influenciados por outros idiomas ou mitologias? Se necessário, realize uma pesquisa. b ) O elemento mercúrio apresenta quantos níveis eletrônicos?

Resposta: Como o mercúrio está no sexto período da tabela periódica, ele apresenta 6 níveis eletrônicos.

c ) O segundo parágrafo do texto menciona a exposição ao mercúrio pelos fabricantes de chapéu. Como isso pode ter afetado a saúde do personagem Chapeleiro Maluco? Se necessário, realize uma pesquisa. 10. c) Resposta: A exposição ao mercúrio pode causar danos neurológicos e afetar o comportamento, além de causar danos aos sistemas cardiovascular e renal.

69

05/11/2024 15:20:07

CAPÍTULO

5

Substâncias e misturas

Substâncias simples e compostas

Leia o trecho da matéria a seguir.

Descoberto, finalmente, o primeiro tipo de molécula do Universo O primeiro tipo de molécula que se formou no Universo foi detectado no espaço pela primeira vez, após década de pesquisa. Os cientistas descobriram a sua assinatura na nossa própria Galáxia usando o maior observatório aerotransportado do mundo, o SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy) da NASA, enquanto o avião voava bem acima da superfície da Terra e apontava os seus instrumentos sensíveis para o cosmos. [...] DESCOBERTO, finalmente, o primeiro tipo de molécula do Universo. Centro Ciência Viva do Algarve, 19 abr. 2019. Disponível em: https://www.ccvalg.pt/astronomia/noticias/2019/04/19_hidreto_helio.htm. Acesso em: 9 ago. 2024.

A molécula a que a manchete se refere é o íon hidreto de hélio (​​ ​HeH​​ +​)​​. Após décadas de estudos, em abril de 2019, a Agência Espacial Norte-Americana (Nasa) noticiou a detecção do primeiro tipo de molécula que teria se formado no Universo. Logo após o Big Bang, o Universo era composto apenas de átomos de hidrogênio (​​ H)​​ e hélio (​​ He)​​, pois a alta temperatura após a expansão não possibilitava que outros elementos se formassem. Cerca de 100 mil anos após esse evento, as condições de temperatura e de radiação ultravioleta possibilitaram que átomos ionizados se combinassem, formando o íon hidreto de hélio. Posteriormente, essa molécula combinada com outros átomos de hidrogênio resultou na formação do gás hidrogênio (​​ ​H​2​​)​​, responsável por originar estrelas. Por volta de 400 milhões de anos depois, as condições de temperatura e de pressão estelares proporcionaram a formação de inúmeros outros elementos químicos, que interagiram entre si e originaram diversas substâncias. Substância é uma porção de matéria que apresenta propriedades características e composição química definida, ou seja, que não varia de amostra para amostra. Ela pode ser classificada em substância simples ou substância composta. A seguir, vamos conhecer alguns exemplos. Íon: átomo eletricamente carregado.

Substância simples

As substâncias simples são formadas por dois ou mais átomos de um mesmo elemento químico, em uma proporção definida. Scharfsinn/Shutterstock.com

O gás hidrogênio é uma substância simples constituída de átomos do elemento químico hidrogênio. Esse gás pode ser utilizado em diferentes situações do cotidiano, inclusive como combustível para alguns veículos. Nesse caso, a combustão do gás hidrogênio ocorre por meio do seu contato com outra substância simples, o gás oxigênio (​​ ​O​2​​)​​. No final, há apenas a liberação de calor e água (​​ ​H​2​​ O)​​. Por isso, o gás hidrogênio é considerado uma importante fonte de energia renovável e limpa. 1. Resposta: A proporção é de dois átomos de hidrogênio.

1. Qual é a proporção do elemento químico que compõe a substância gás hidrogênio?

Ônibus movido a gás hidrogênio em um posto de abastecimento.

Professor, professora: Comente com os estudantes que os veículos movidos a hidrogênio são pouco comuns e ainda não são comercializados no Brasil.

70

05/11/2024 15:21:04

narin phapnam/Shutterstock.com

Como mencionado anteriormente, o gás oxigênio é uma substância simples, formada por dois átomos do elemento químico oxigênio ​​(O)​​ e essencial para diversos seres vivos, conhecidos como aeróbicos. Além disso, é responsável pela combustão de diversos materiais e pode ser usado para fins industriais. Esse gás é um dos componentes do ar atmosférico. Sob a ação da radiação ultravioleta, os átomos de oxigênio e o gás oxigênio presentes na atmosfera podem se combinar, dando origem ao gás ozônio ​​(​O​3​​)​​, uma substância simples composta de três átomos de oxigênio. radiação ultravioleta Sergio Lima/ Arquivo da editora

A.

B.

+ gás oxigênio

Cilindro de gás oxigênio hospitalar, identificado pela cor verde.

B.

+

UNIDADE

1

átomo de oxigênio

gás ozônio

Representação da degradação (A) e da formação (B) naturais do gás ozônio na atmosfera.

Imagens desta página sem proporção e em cores fantasia.

2. Resposta: Essa porção corresponde ao item condutor de corrente elétrica do fio.

José Vitor Elorza/ ASC Imagens

plástico

cobre Representação do modelo espacial do cobre metálico.

Fio elétrico.

O cobre metálico é um exemplo de substância simples, pois é formado por inúmeros átomos de cobre (​​ Cu)​​. Esse metal é encontrado naturalmente no estado sólido e amplamente utilizado na produção de fios elétricos, como mostrado na imagem anterior. Essa aplicação se deve ao fato de o cobre ser dúctil, maleável e um bom condutor de corrente elétrica.

Cynthia Sekiguchi/ Arquivo da editora

molécula de oxigênio

+

molécula de hidrogênio

2. Qual é a importância do cobre no fio elétrico?

3. Qual é a importância do plástico no fio elétrico?

Dúctil: propriedade do material que possibilita que ele seja esticado ou comprimido sem se quebrar.

Substância composta Observe a transformação a seguir.

Sergio Lima/Arquivo da editora

Analise as imagens a seguir.

3. Resposta: Essa porção é composta de material isolante elétrico, que possibilita o manuseio do fio sem que a pessoa leve um choque.

molécula de água

+ calor

4. Analisando uma molécula de gás Representação da combustão do gás hidrogênio.

oxigênio e uma molécula de água ​​(​H​2​​O)​​, o que elas têm de diferente em relação à sua composição?

Note que a molécula de água é constituída por átomos de diferentes elementos químicos, hidrogênio e oxigênio, combinados entre si. Dizemos, então, que a água é uma substância composta. O metano ​​(​CH​4​​) ​​ é uma substância composta formada por um átomo do elemento químico carbono (​​ C) ​​e quatro átomos de hidrogênio (​​ H) ​​. Esse gás pode ser produzido e liberado tanto por fontes artificiais (como a queima de combustíveis fósseis) quanto por fontes naturais. Nos aterros sanitários, por exemplo, o processo de decomposição da matéria orgânica produz grande quantidade de gases, em especial o gás metano, que são removidos das camadas de resíduos por meio de tubulações.

Sergio Ranalli/Pulsar Imagens

Vimos que a combustão do gás hidrogênio na presença de gás oxigênio tem como produto água e calor.

Drenos de gás em aterro sanitário no município de Londrina (PR), em 2019.

4. Resposta: Espera-se que os estudantes concluam que o gás oxigênio é composto de átomos do mesmo elemento químico, enquanto a água tem em sua composição átomos de dois elementos químicos diferentes.

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Propriedades das substâncias

Representação da medida de massa do cubo de chumbo.

Ilustrações: Heloísa Pintarelli/ Arquivo da editora

Imagine que dois cubos de dimensões idênticas (​​ 8,0 ​cm​​ 3​)​​, um composto de chumbo (​​ Pb)​​ puro metálico e outro de alumínio (​​ A𝓁) ​​ puro metálico, sejam colocados sobre uma mesma balança, um de cada vez, como mostra a figura a seguir. Imagens sem proporção e em cores fantasia.

Representação da medida de massa do cubo de alumínio.

5. As massas dos cubos de chumbo e de alumínio são iguais? Em sua opinião, por que isso ocorreu, levando em conta que ambos têm dimensões idênticas?

Embora os dois cubos tenham as mesmas dimensões, a massa do cubo de chumbo é diferente da massa do cubo de alumínio. Isso ocorre por conta das diferentes densidades.

Sendo assim, para um mesmo volume, quanto maior a densidade da substância, maior sua massa. No Sistema Internacional de Unidades (SI), a massa (​​ m)​​ é expressa em quilograma ​​(kg)​​; o volume (​​ V)​​, em metro cúbico (​​ ​m​​ 3​)​​; e a densidade (​​ d)​​, em k​ g ​· ​​m​​ −3​​ ou​ g / ​m​​ 3​​. Além da densidade, em condições constantes de pressão, ao serem aquecidas ou resfriadas, a temperatura de fusão ​​(​T​f​​)​​ e a temperatura de ebulição (​​ ​T​e​​)​​ das substâncias puras permanecem constantes, até a sua completa mudança de fase. Confira no gráfico.

No primeiro patamar (​​ ​T​f​​)​​, a temperatura se mantém constante no decorrer do tempo de transição da fase sólida para a líquida. Já no segundo patamar (​​ ​T​e​​)​​, a temperatura se mantém constante no decorrer do tempo de transição da fase líquida para a gasosa. 6. Identifique o estado de agregação da matéria em cada AB​​, ‾ CD​ ​ ​e ‾ EF​ ​ ​. um dos segmentos de reta do gráfico: ​‾

Dica Para converter ​kg ​· ​​m​​ −3​​ em ​g ​· ​​cm​​ −3​​, basta dividir o valor por 1 000. Assim, para o chumbo, ​​ d​Pb​​ ​= ​11 300 kg ​· ​​m​​ −3​​ ou ​​d​Pb​​ ​= ​11,3 g ​· ​​cm​​ −3​​. Já para o alumínio, ​​d​A𝓁​​ ​= ​2 700 kg ​· ​​m​​ −3​​ ou ​​d​A𝓁​​ ​= ​2,7 g ​· ​​cm​​ −3​​.

Padrão de variação de temperatura de uma substância durante aquecimento Sergio Lima/Arquivo da editora

Como visto anteriormente, a densidade relaciona a massa de um corpo e o volume ocupado por ele e pode ser definida por ​d ​= ​m / V​, em que ​d​é a densidade do corpo; m ​ ​é a massa do corpo; e ​V​é o volume ocupado pelo corpo.

Temperatura (ºC) F D

Te

E B

Tf

C A Tempo

Fonte de pesquisa: RUSSELL, John B. Química geral. Tradução: Márcia Guekezian et al. 2. ed. São Paulo: Makron Books, 1994. v. 1. p. 475.

_ Resposta: ‾ AB​​ ​​ : estado sólido; ‾ CD​​ ​​ : estado líquido; EF​​ ​​ : estado gasoso.

À pressão de ​1 atm​e a ​25 ° C​, a água pura apresenta: ​d ​≃ ​1 g ​· ​​cm​​ −3​​, ​​T​f​​ ​= ​0 ° C​e ​​T​e​​ ​= ​100 ° C​. Nenhuma outra substância pura tem essas mesmas características. Portanto, dizemos que a densidade, a temperatura de fusão e a temperatura de ebulição são propriedades específicas da matéria, pois possibilitam identificar e diferenciar cada substância. Muitas substâncias, no entanto, não são encontradas naturalmente em sua forma pura. Pelo contrário, são encontradas associadas a outras substâncias, caracterizando as chamadas misturas, que estudaremos Resposta: Não. O objetivo desta questão é levar os estudantes a analisar a situação e, intuitivamente, refletir ainda neste capítulo. 5. sobre as propriedades específicas das substâncias. Espera-se que eles comentem que, considerando o mesmo

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volume, as diferentes massas são resultado da variação de densidade das substâncias que compõem os cubos. O chumbo, por ter maior massa para um mesmo volume, apresenta maior densidade que o alumínio.

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UNIDADE

1 Massas atômicas e massas moleculares Na página anterior, pudemos notar que os cubos de alumínio e de chumbo tinham densidades diferentes ao medir a massa de ambos. Para tal, foi utilizada uma balança digital. Esse objeto está presente no dia a dia das pessoas, pois sua precisão e facilidade de operação o tornam muito útil e prático. 7. Você já teve contato com alguma balança semelhante à ilustrada na página anterior? E com outro tipo de balança?

As balanças antigas, conhecidas como balanças de pratos, operam por meio da comparação de massas. Para determinar a massa de um objeto, comparamos-na com uma referência. Já nas balanças digitais, o objeto a ser pesado exerce pressão sobre um sensor interno chamado célula de carga. Essa célula converte a pressão em um sinal elétrico: maiores pressões resultam em um sinal mais intenso. Para garantir sua precisão, as balanças digitais precisam passar por um processo de calibração usando um padrão de massa conhecido. BIPM/AFP

Para realizar uma medição, é necessário haver uma referência que sirva de padrão. Medir a massa de um objeto em unidade do SI, ou seja, em ​kg​, consiste em comparar a massa de um objeto com o quilograma-padrão (unidade de massa padrão no SI). O quilograma-padrão equivale à massa de um cilindro de aproximadamente​ 3,9 cm​de altura e ​3,9 cm​de diâmetro, feito de irídio e platina. Em 2019, o quilograma-padrão foi substituído por um conceito de massa bem mais preciso e que considera uma série de equivalências físicas. A balança de Watt é um instrumento que utiliza essas grandezas físicas para medir precisamente a massa de um objeto e funciona de modo semelhante a uma balança convencional: em um dos lados da balança, coloca-se o objeto a ser pesado, enquanto o outro lado é atraído para baixo por um eletroímã. Mede-se, então, a corrente aplicada para que a balança fique em equilíbrio.

zcw/Shutterstock.com

Noel V. Baebler/Shutterstock.com

7. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes falem um pouco sobre as experiências pessoais que envolvem balanças e mapeiem o quão modernos esses objetos são.

Quilograma-padrão guardado no interior de três cúpulas de vidro na sede do Bureau Internacional de Pesos e Medidas, em Sèvres, na França.

Balança de contrapeso com conjunto de pesos padronizados.

Balança digital e conjunto de pesos utilizados para calibração.

8. Em sua opinião, seria possível utilizar as balanças mostradas anteriormente para medir a massa de um átomo?

Ao responder à questão anterior, você deve ter percebido que medir a massa de um átomo não deve ser fácil. Diante disso, surge uma pergunta: o que poderia ser usado como padrão de massa atômica? 8. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes reflitam sobre a necessidade de escolher padrões apropriados para determinar cada medida específica e que, nesse caso, há a necessidade de encontrar outra unidade-padrão de massa para medir os átomos.

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Após muitos modelos de padronização, a comunidade científica internacional decidiu, em 1961, escolher ​ 6​C​​​)​​, cuja massa atômica é 12, para determinar o padrão de medida de massa atôo átomo de carbono-12 (​​ 12 mica, ou seja, para servir de referência na determinação da massa dos outros átomos. No Sistema Internacional de Unidades, o padrão de massa para átomos e moléculas é a unidade de massa atômica (unidade unificada de massa atômica), representada pela letra ​u​. Ilustrações: Rafael Luís Gaion/Arquivo da editora

1 _ ​​ ​​ da massa do 12 carbono-12 equivale a uma unidade de massa atômica ​​(1 u) ​​.

Representação de um átomo de carbono-12.

Representação do átomo de carbono-12 dividido em 12 partes.

1 Representação de _ ​​ ​​ do 12 átomo de carbono-12.

Imagens desta página sem proporção e em cores fantasia.

Dessa forma, um valor de massa atômica (​​ MA)​​ deve ser expresso em unidade ​u​. Confira alguns exemplos: • massa atômica de ​1 átomo de carbono ​= ​12 u​; • massa atômica de ​1 átomo de nitrogênio ​= ​14 u​; • massa atômica de 1 átomo de cálcio (​​ Ca)​​= ​40 u​. As moléculas são formadas por átomos. Por isso, para determinar a massa da molécula de uma substância, deve-se somar as massas dos átomos que a constituem; a massa de uma molécula é denominada massa molecular (​​ MM)​​. A massa molecular ​​(MM)​​ deve ser expressa em unidade ​u​. Exemplos: • massa molecular de uma molécula de amônia (​​ ​NH​3​​)​​= ​17 u​, pois tem-se N (​ 14 u)​​→ ​14 ​· ​1 ​= ​14 u  ​​​ ​​NH​3​​​ ​    3 u​ ​  ​​  { H (​ 1 u)​​→ ​1 ​· ​3 ​= ​  _ 17 u • massa molecular de uma molécula de hidrogênio (​​ ​H​2​​)​​= ​2 u​;

• massa molecular de uma molécula de nitrogênio (​​ ​N​2​​)​​= ​28 u​.

Ilustrações: Cynthia Sekiguchi/Arquivo da editora

Como visto anteriormente, a tabela periódica contém os símbolos dos elementos químicos formadores das substâncias e, entre outras informações, apresenta as respectivas massas atômicas. Confira a tabela periódica, na página 61, e note que há uma legenda explicativa relativa a cada um dos elementos químicos apresentados. 13

Número atômico

A

Símbolo Nome Massa atômica

Legenda das células da tabela periódica.

Alumínio 26,98

​ assa atômica ​ M (aproximada)​​= ​27 u​ Célula referente ao elemento químico alumínio.

Dessa forma, se desejarmos calcular a massa molecular do dióxido de nitrogênio (​​ N​O​2​​)​​, basta consultar a tabela periódica para obtermos: ​MA (​ N) ​ ​= ​14,01 u​, ou seja, aproximadamente ​14 u​; ​MA (​ O) ​ ​= ​16,00 u​, ou seja, ​16 u​. Assim, o cálculo será:

⎧ N ​(14 u)​​→ ​14 ​· ​1 ​= ​14 u ⎪       ​​NO​2​​​⎨​O (​ 16 u)​​→ ​16 ​· ​2 ​= ​32 u​​​​​ ⎪ ⎩ 46 u

Logo, sua massa molecular ​​(MM)​​ é ​46 u​.

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UNIDADE

1 ATIVIDADES RESOLVIDAS R1. Calcule a massa molecular da glicose (​ ​C​6​​H​12​​O​6​)​. Resolução

Ao consultarmos a tabela periódica, temos as seguintes massas atômicas (aproximadas): • ​C ​= ​12 u​ • ​H ​= ​1 u​ • ​O ​= ​16 u​ O cálculo da massa molecular da glicose será obtido pela soma dos produtos da massa atômica de cada elemento pela sua respectiva atomicidade. Então, para calcular a massa molecular da glicose, devemos efetuar a seguinte operação: ​12 ​· ​6 ​+ ​1 ​· ​12 ​+ ​16 ​· ​6 ​= ​180 u​ Assim, a massa molecular da glicose é igual a ​180 u​. Logo, ​MM ​(glicose) ​ = 180 u​.

R2. Qual é a massa de 150 moléculas de água (​​H​2​O​)? Resolução Ao consultar a tabela periódica, temos os valores aproximados de massas atômicas dos elementos constituintes da molécula de água: • ​H ​= ​1 u​ • ​O ​= ​16 u​ Logo, o cálculo da massa molecular da água (massa de uma molécula de água) é dado por: ​1 ​· ​2 ​+ ​16 ​· ​1 ​= ​18 u​ Assim, para 150 moléculas de água, temos: ​150 ​· ​18 u ​= ​2 700 u​. Conclui-se que a massa de 150 moléculas de água é ​2 700 u​.

Quantidade de matéria e massa molar Autor desconhecido. c. 1909. Coleção particular

Imagine-se tentando medir a massa de um átomo de ferro (​​ 56 u)​​. Como vimos anteriormente, não é fácil medir o que não pode ser visto a olho nu. Agora, suponha que aumentemos a quantidade de átomos de ferro até termos uma amostra visível, sendo possível medir sua massa por meio de uma balança, por exemplo.

Assim, para qualquer material, ao aumentar as quantidades de suas partículas elementares (átomos ou moléculas), em um dado momento seria possível medir sua massa com os instrumentos do mundo macroscópico. Essa ideia está relacionada ao conceito de mol − em latim, “porção, quantidade” −, introduzido em 1896 pelo físico-químico letão Wilhelm Ostwald (1853-1932). Ele recebeu o Nobel em 1909 e é considerado o fundador da Físico-Química, o ramo que estuda os princípios da Química.

Wilhelm Ostwald.

Mol é a unidade de medida no SI que representa a quantidade de matéria de um sistema. Ele indica um número de unidades elementares, que se assemelha ao número de átomos contidos em ​1,2 ​· ​​10​​ −2​kg​(ou ​12 g​) de carbono-12.

Assim, considere a quantidade de matéria igual a ​1 mol​das substâncias gás cloro ​​(​C𝓁​ 2​​)​​, trióxido de enxofre ​​(S​O​3​​)​​ e ácido fosfórico (​​H​3​​P​O​4​​​). Como todas têm a mesma quantidade de matéria, todas terão a mesma quantidade de unidades elementares. Assim como elas, as amostras de substâncias que observamos em nosso cotidiano são formadas por um número grande de unidades elementares (átomos e moléculas). Experimentos envolvendo a massa de ​1 mol​de qualquer substância chegam, com maior ou menor exatidão, a um valor numérico próximo de 602 000 000 000 000 000 000 000 unidades da respectiva substância, ou seja, ​6,02 ​· ​​10​​ 23​​ unidades.

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Andrew Lambert Photography/SPL/Fotoarena

Na fotografia a seguir, podemos verificar a quantidade de matéria​​ (1 mol) ​​ para as amostras de cloreto de ferro(III) (​​ FeC​𝓁​ 3)​​ ​,​ sulfato de cobre(II) (​​ CuS​O​4​​) ​​, iodeto de potássio (​​ KI) ​​, cloreto de sódio ​​(NaC𝓁) ​​, permanganato de potássio (​​ KMn​O​4​​)​​ e nitrato de cobalto(II) (​​ Co​​(N​O​3)​​ ​​ ​​)​​. 2

23

O número ​6,02 ​· ​​10​​ ​​é conhecido como constante de Avogadro (​​ ​N​A​​)​​, em homenagem ao cientista italiano Amedeo Avogadro (1776-1856). Cada amostra da fotografia contém​ 6,02 ​· ​​10​​ 23​​ moléculas (​​ 1 mol) ​​ da respectiva substância.

Segundo Avogadro, volumes iguais de diferentes gases, na mesma temperatura e pressão, apresentam mesma quantidade de moléculas. Após sua morte, o químico italiano Stanislao Cannizzaro (1826-1910) prosseguiu seus trabalhos estabelecendo uma série de estudos sobre a massa de compostos químicos em reações. Os trabalhos de Cannizzaro foram importantes para a distinção entre massa atômica e massa molecular e a confirmação da hipótese de Avogadro. A massa da quantidade de matéria que contém 1 ​ mol​de unidades elementares de uma substância é chamada de massa molar (​M​). Ela apresenta o mesmo valor em módulo, em ​g / mol​, que uma unidade elementar da própria substância, em ​u​. Considere as seguintes massas atômicas: ​H ​= 1 u​; ​C = 12 u​; ​N = 14 u​; ​O = 16 u​. Assim, pode-se calcular a massa molar de átomos, moléculas, íons etc. Confira a seguir alguns exemplos: • massa molar da molécula de hidrogênio (​​​ ​​ ​H​2​​​)​​ ​= ​2 g / mol​​; • massa molar da molécula de nitrogênio (​​​ ​​ ​N​2​​​)​​ ​= ​28 g / mol​​; • massa molar da glicose (​​​ ​​ ​C​6​​ ​H​12​​ ​O​6​​​)​​ ​= ​180 g / mol​​. O valor da massa molar de uma substância permite a determinação da quantidade de matéria em mol.

ATIVIDADES RESOLVIDAS R3. Considere que em uma amostra haja ​540 g​de glicose ​(​C​6​​H​12​​O​6​)​. Qual é a quantidade de matéria em mol dessa substância presente na amostra? Resolução ​1 mol de moléculas de ​C​6​​ ​H​12​​ ​O​6​​​

​180 g​

​x mol​

​540 g​

​∴ ​x = 3 mols​de moléculas de ​​C​6​​ ​H​12​​ ​O​6​​​

R4. Calcule a massa, em gramas, de uma molécula de glicose, sabendo que sua massa molar equivale a ​180 g​⁄ ​mol​​. Resolução

​6,02 ​· ​​10​​ 23​moléculas de glicose (​ 1 mol) ​​ ​1 molécula de glicose​

​180 g de glicose​ ​m​

​∴ m = 2,99 ​· ​​10​​ −22​g​

Assim, uma molécula de glicose tem massa igual a ​2,99 ​· ​​10​​ −22​g.​

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Sergio Lima/ Arquivo da editora

tiva correta. Resposta: Alternativa c. Comentários nas

Orientações para o professor. 5. b) Resposta: A molécula é crucial para a vida por ser precursora de uma série de outras moléculas que contêm carbono.

Representação de porções de matéria.

a ) Estão representadas seis substâncias simples. b ) Estão representadas três substâncias compostas. c ) Estão representados apenas dois elementos químicos. d ) Estão representadas quatro moléculas.

2. Para verificar se determinado objeto era feito

de prata, alumínio ou chumbo, ele foi colocado em uma proveta de ​100 mL​, contendo ​7 mL​ de água. Após a adição do objeto de massa ​37,8 g​ na proveta, o volume de água aumentou para​ 21 mL​. Sabendo que a densidade do alumínio, do chumbo e da prata são, respectivamente, 2,7, 11,3 e ​10,5 g ​· ​cm​​−3​, identifique a composição do material, sendo ​1 ​cm​​3​equivalente a ​1 mL​.

Resposta: Alumínio. Resolução nas Orientações para o professor.

3. O quilograma foi a última unidade a depender

de um objeto concreto como padrão de medida. Por que essa substituição foi necessária?

4. Pesquise em casa ou no supermercado as infor-

mações nutricionais de um litro de leite integral. Verifique a quantidade de cálcio indicada na embalagem e responda às questões. a ) Qual é o número de mols de cálcio presentes em um litro de leite? b ) Cite uma doença relacionada à falta de cálcio. Resposta: Osteoporose, hipocalcemia etc.

5. Leia o trecho da reportagem e responda às questões a seguir.

Pela 1ª vez, telescópio detecta molécula crucial para surgimento da vida O telescópio James Webb detectou um tipo de molécula de carbono pela primeira vez no espaço. […] A agência espacial americana afirma que a descoberta é importante porque a substância é responsável pela formação de outras moléculas de carbono essenciais ao surgimento da vida. A molécula encontrada é o cátion metila ​(​CH​  3​  ​) ​​. O local do registro foi em um sistema estelar ainda jovem. […] +

MARTIN-DRUMEL, Marie-Aline. Pela 1ª vez, telescópio detecta molécula crucial para surgimento da vida. Folha de S.Paulo, São Paulo, 27 jun. 2023. p. B6.

UNIDADE

1. Analise a imagem a seguir e identifique a alterna-

a ) Qual molécula foi detectada pelo telescópio? Trata-se de uma substância simples ou composta? Resposta: A+molécula detectada é o cátion metila, ​​​CH​3​​​​ ​​, uma substância composta.

b ) Por que essa molécula é considerada crucial para o surgimento da vida?

6. Um estudante de Química encontrou na bancada do laboratório dois frascos de vidro idênticos fechados, e cada um deles com líquidos transparentes e sem identificação.

Os dois frascos tinham o mesmo volume de líquido, mas ao segurar cada um deles o estudante percebeu que tinham massas diferentes. Sem abrir os frascos, como ele pode identificar os líquidos, já que na prateleira faltam os frascos de água (​​ ​H​2​​ O) ​​ e de hexano ​​(​C​6​​ ​H​14​​)​​? Considere que o ambiente do laboratório está a​ 25° C​, a densidade da água é de aproximadamente ​​1,00 g ·​ ​cm​​ −3​​ e a do hexano é de aproximadamente ​0,66 ​g ​· ​cm​​ −3​​.

7. Para saber se um ovo ainda está bom para consumo, é possível fazer o seguinte teste:

5. b) Resposta: A molécula é crucial para a vida por ser precursora de uma série de outras moléculas que contêm carbono.

Coloca-se o ovo em um recipiente com água. Se ele afundar, pode ser consumido; se boiar, está estragado. 7. Resposta: A propriedade relacionada ao

teste é a densidade. O ovo se torna menos denso com o passar do tempo pela perda de água interna e consequente entrada de ar.

No teste descrito, qual propriedade física da matéria foi analisada para saber se o ovo estragou? Explique por que isso acontece.

8. Calcule a massa em ​g​das moléculas a seguir sa-

bendo que as esferas pretas representam o átomo de carbono ​(12 g / mol)​; as esferas vermelhas representam os átomos de oxigênio (​ 16 g / mol)​;​ e as esferas brancas, os átomos de hidrogênio​ (1 g/mol)​. Gás carbônico. Resposta: ​m = 7,31 ​· ​​10​​

−23

​g​

Gás hidrogênio.

Ilustrações: Cynthia Sekiguchi/Arquivo da editora

ATIVIDADES

1

3. Resposta: Alguns motivos resultaram na substituição de objetos concretos por constantes físicas, entre eles a possibilidade de variação de massa desses objetos por causa das condições físicas NÃO ESCREVA Imagens desta página sem proporção e em cores fantasia. como temperatura, umidade e NO LIVRO. pressão.

Gás oxigênio.

Resposta: ​m = 5,32 ​· ​​10​​ −23​g​ Resposta: ​m = 3,98 ​· ​​10​​ −23​g​ Resoluções nas Orientações para o professor.

9. Um copo contém 3​ 6 mL​ de água (​​ ​H​2​​ O)​​. Conside-

rando que não haja impurezas, determine o número de moléculas de água ingeridas ao tomarmos toda a água desse copo. Dados: ​H ​= ​1 u​; ​O ​= ​16 u​; ​​d​água​​  ​= ​1,0 g ​· ​​cm​​ −3​​. Resposta nas Orientações para o professor.

4. a) Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes considerem que ​ 6. Resposta: Como os frascos são iguais e têm o mesmo volume, 1 mol​de cálcio tem ​40,08 g​de cálcio, analisem o valor indicado por pode-se identificar que o frasco mais pesado é o de água, pois ela é litro na embalagem e façam a divisão desse valor por ​40,08 g​. mais densa. Comentários nas Orientações para o professor.

77

05/11/2024 15:21:08

A pintura corporal faz parte da identidade cultural de muitos povos indígenas brasileiros. Essas pinturas têm diferentes significados e podem variar entre as etnias, os membros da comunidade e as ocasiões. As tintas utilizadas para a pintura são extraídas e produzidas com materiais da natureza. As sementes do urucuzeiro (Bixa orellana), por exemplo, são usadas para a produção da tinta na cor vermelha. Confira a seguir o modo de preparação dessa tinta pelos indígenas xavantes.

Fabio Colombini

Misturas

Crianças da etnia Xavante com pinturas corporais feitas com urucum na Aldeia São José, no município de Campinápolis (MT), em 2021.

Imagens desta página sem proporção e em cores fantasia.

B.

C.

D.

Representação da etapa de trituração das sementes.

Representação da etapa de peneiração da solução.

Representação da etapa de aquecimento da solução.

Representação da etapa de moldagem do corante.

Ilustrações: Heloísa Pintarelli/Arquivo da editora

A.

Utilizando uma pedra, as sementes colhidas são trituradas (A). Adiciona-se água e, com o auxílio de uma peneira, a solução contendo o corante é separada em uma vasilha (B). Essa solução é aquecida no fogo e a ela são adicionados materiais de outras duas espécies vegetais, visando tornar o corante mais vermelho e brilhoso, além de garantir uma consistência adequada (C). O produto é exposto diretamente à luz solar e, após a secagem, os homens moldam esferas com esse material (D), que são envoltas com folhagens e reservadas até o momento do uso. Para utilizar o pigmento, adicionam o látex da castanha do babaçu, que facilita a aplicação e a remoção da tinta do corpo. Fonte de pesquisa: TSUWATÉ, Vilianes T.; LEÃO, Marcelo F. Descrição do preparo do corante e das diversas utilizações do Professor, professora: urucum pelo povo Xavante. Destaques Acadêmicos, Lajeado, v. 9, n. 4, p. 77-93, 2017. Disponível em: O método de produção da tinta de https://www.univates.br/revistas/index.php/destaques/article/view/1652/1255. Acesso em: 9 ago. 2024. urucum descrito e representado na ilustração é utilizado pela comunidade xavante localizada no município de Barra do Garça (MT).

Boa parte dos materiais que encontramos no ambiente são misturas de diferentes substâncias. Por exemplo, neste exato momento, mesmo sem perceber, você está em contato com uma mistura, o ar atmosférico. Embora inspiremos o ar para absorver gás oxigênio, este não é seu único componente. O ar atmosférico é uma mistura constituída de, aproximadamente, 78% de gás nitrogênio, 21% de gás oxigênio e 1% de outros gases, incluindo gás carbônico e vapor de água ​​H​2​​O(​​​ g)​​. Resposta: Os estudantes podem citar quaisquer atividades humanas que adicionem Confira a imagem. 10. gases e poluentes ao ar atmosférico, como queima de combustíveis fósseis. 10. De que maneira o ser humano pode interferir na composição da mistura do ar atmosférico?

78

stockfour/ Shutterstock.com

9. A tinta produzida pelos Xavante pode ser considerada uma mistura? Argumente sua resposta.

Representação da previsão do tempo.

Fonte de pesquisa: SIMEPAR. Disponível em: http:// www.simepar.br/prognozweb/simepar/forecast_ by_counties/4113700. Acesso em: 9 ago. 2024.

9. Resposta: O objetivo desta questão é levantar os conhecimentos prévios dos estudantes a respeito do conceito de misturas. Espera-se que eles respondam que sim, uma vez que a tinta utilizada é resultante da combinação do pigmento extraído das sementes de urucum, água, látex e outros materiais.

05/11/2024 16:35:10

UNIDADE

1

Embora a água pura seja um exemplo de substância, a água potável que ingerimos é uma mistura, formada por água e sais minerais, daí o nome “água mineral”. Além disso, dependendo da amostra, as substâncias componentes da mistura podem variar, bem como sua quantidade. Tais variações interferem nas propriedades da mistura, alterando, por exemplo, sua densidade e as temperaturas de fusão e de ebulição.

COMPOSIÇÃO QUÍMICA (mg/L) Cálcio

33,877 Estrôncio

0,080 Cloretos

5,00

Magnésio

11,227 Vanádio

0,023 Sulfato

2,83

Sódio

9,170 Bicarbonato 157,99 Fluoreto

0,05

Potássio

0,684 Nitrato

0,03

Variação de temperatura de uma mistura comum durante aquecimento

Ao ser aquecida ou resfriada a uma pressão constante, uma mistura comum não apresenta temperatura constante durante a mudança de estado de agregação, como mostra o gráfico a seguir. Isso ocorre pois cada uma das substâncias componentes da mistura apresenta temperaturas de fusão e ebulição específicas.

Temperatura (ºC) F Te

E D

Algumas misturas, no entanto, apresentam temperatura de fusão ou ebulição invariáveis a uma pressão constante. Quando, durante o aquecimento da mistura, observa-se um patamar de fusão (temperatura de fusão constante e fixa), ela é chamada de eutética. Já quando se tem um patamar de ebulição (temperatura de ebulição constante e fixa) durante esse processo, a mistura é chamada de azeotrópica.

Tf

C B A Tempo

Fonte de pesquisa: RUSSELL, John. B. Química geral. Tradução: Márcia Guekezian et al. 2. ed. São Paulo: Makron Books, 1994. v. 1. p. 475.

Variação de temperatura de uma mistura eutética durante aquecimento

Variação de temperatura de uma mistura azeotrópica durante aquecimento

Temperatura (ºC)

Temperatura (ºC) F

Ilustrações: : Sergio Lima/Arquivo da editora

14,76 Brometo

Informações sobre a composição química no rótulo de uma garrafa de água mineral.

11. Por que a composição química da água mineral pode variar?

F

E Te

D B

Tf A

Keithy Mostachi/Arquivo da editora

Enquanto as substâncias têm composição fixa, as misturas apresentam composição química variável. No ar atmosférico, por exemplo, a quantidade de vapor de água varia bastante, pois sua concentração depende de uma série de fatores, como o clima, a poluição e o vento.

C

patamar de fusão Tempo

Fonte de pesquisa: ATKINS, Peter W.; PAULA, Júlio de. Físico-química. Tradução: Edilson Clemente da Silva et al. 8. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2008. v. 1. p. 170-175.

D

Te C

Tf

B

E

patamar de ebulição

A Tempo

Fonte de pesquisa: ATKINS, Peter W.; PAULA, Júlio de. Físico-química. Tradução: Edilson Clemente da Silva et al. 8. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2008. v. 1. p. 165-170.

Essas misturas têm composição química e propriedades específicas. Confira os exemplos a seguir. Temperatura de fusão (​​ ​T​f​​)​​ a ​1 atm​

Temperatura de ebulição (​​ ​T​e​​)​​ a ​1 atm​ ​​T​e​​ ​(°C)​​

Material

​​T​f​​ ​(°C)​​

Chumbo

327,5

Água

100

1 064,2

Etanol Mistura azeotrópica com 4,3% de água e 95,7% de etanol

78,2

Ouro Mistura eutética com 85,4% de chumbo e 14,6% de ouro

212 (valor constante)

Fonte de pesquisa: HAYNES, William M. (ed.). CRC Handbook of chemistry and physics. 97. ed. London: CRC Press, 2014. p. 15-33.

Material

76,1 (valor constante)

Fonte de pesquisa: HAYNES, William M. (ed.). CRC Handbook of chemistry and physics. 97. ed. London: CRC Press, 2014. p. 6-224.

11. Resposta: Espera-se que os estudantes comentem que essa composição pode variar porque ela sofre influência da composição da fonte de onde é extraída.

79

05/11/2024 15:21:10

Além de variações quanto às suas propriedades, as misturas podem apresentar diferenças no número de fases, sendo classificadas em misturas homogêneas ou misturas heterogêneas.

Misturas homogêneas e heterogêneas

Fases: referem-se a cada porção da mistura com as mesmas propriedades em toda a sua extensão.

O aspecto das misturas pode se mostrar uniforme, possibilitando a identificação de uma única fase, ou não uniforme, com duas ou mais fases. Esse aspecto pode variar de acordo com alguns fatores, como os componentes da mistura e a proporção deles nesse meio. Quando os componentes de uma mistura são imiscíveis entre si, ou seja, que não se misturam, observa-se a formação de duas ou mais fases. No caso a seguir, apresenta-se o teste da proveta, feito para determinar o teor de álcool na gasolina. Imagens desta página sem proporção e em cores fantasia. B.

C.

D.

​40 mL​

Ilustrações: Heloísa Pintarelli/Arquivo da editora

A.

I.

II.

​50 mL​

Representação da proveta contendo amostra de gasolina.

Representação da adição de solução na amostra.

Representação da mistura sendo agitada.

A. Uma amostra de ​50 mL​de gasolina é colocada em uma proveta de ​100 mL​. B. Em seguida, adicionam-se ​50 mL​de uma solução de cloreto de sódio (​​ água ​+ ​NaC𝓁) ​​. C. A proveta é tampada e invertida cerca de 10 vezes. D. A proveta é mantida em repouso por 10 minutos, até a separação das fases.

Representação da mistura com as fases separadas. Fonte de pesquisa: BRASIL. Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis. Cartilha do posto revendedor de combustíveis. 6. ed. Rio de Janeiro: ANP, 2017. p. 15-16. Disponível em: https://www.gov.br/ anp/pt-br/centrais-de-conteudo/ publicacoes/cartilhas-e-guias/arq/ cartilhapostorevendedor6ed.pdf. Acesso em: 9 ago. 2024.

12. Por que o volume final da fase contendo gasolina variou?

Ao final do teste, observam-se duas fases: uma formada por gasolina (I); e outra formada por água, cloreto de sódio e etanol (II). Nesse caso, a mistura é do tipo heterogênea. A análise da variação dos volumes possibilita aos fiscais determinar o teor de etanol anidro na gasolina e Resposta: O etanol anidro, um dos constituintes da gasolina combustível, compará-lo com padrões estabelecidos por lei. 12. dissolveu-se na solução de cloreto de sódio adicionada à proveta, Em uma amostra de água potável, é possível identificar uma única fase (A); logo, essa mistura é homogênea. Amostra de água potável.

A.

aumentando o volume dessa porção da mistura. A porção restante de gasolina é composta de elementos não miscíveis em água.

Ao adicionarmos uma pequena quantidade de cloreto de sódio a essa amostra, a mistura se mantém homogênea (B), pois a quantidade de sal adicionada se dissolveu completamente na água. Amostra de água potável com sal.

B.

Fotos: José Vitor Elorza/ASC Imagens

Agora, analise o exemplo a seguir.

80

05/11/2024 15:21:11

1

UNIDADE

Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes respondam que, em determinado momento, o sal não será completamente dissolvido na água, resultando em um sistema heterogêneo.

13. Em sua opinião, é possível que uma mistura de água e sal se torne heterogênea? Argumente sua resposta.

Em determinado momento do processo de adição de sal à água, observa-se que parte desse sal se deposita no fundo do recipiente, resultando em um sistema heterogêneo. Isso ocorre porque o cloreto de sódio apresenta uma solubilidade específica em água. A solubilidade representa o limite máximo de soluto que pode ser dissolvido em uma determinada quantidade de solvente, em condições específicas de temperatura e pressão. 14. De que maneira seria possível dissolver o corpo de fundo sem alterar temperatura e pressão? Resposta: Adicionando mais solvente (água). José Vitor Elorza/ASC Imagens

Na amostra B da página 80, a quantidade de sal adicionada foi inferior à solu- C. bilidade do cloreto de sódio em água, resultando em uma solução insaturada. Ao adicionar a quantidade máxima de sal que a água é capaz de dissolver sob condições específicas de temperatura e pressão, temos uma solução saturada. Qualquer quantidade de sal adicionada além desse limite vai se depositar no fundo do recipiente, tendo como resultado uma solução saturada com corpo de fundo (C). corpo de fundo

15. Em sua opinião, há alguma forma de dissolver o sal presente no corpo de fundo sem acrescentar água à mistura? Justifique sua resposta.

Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes respondam que o aumento da temperatura fará o corpo de fundo ser dissolvido.

A solubilidade de uma substância é uma propriedade que está relacionada à temperatura do solvente no qual ele é solubilizado. Confira a seguir a variação da solubilidade em função da temperatura.

É possível notar que, ao aumentar a temperatura, a solubilidade da maioria dos sais também aumenta.

Solubilidade em água de alguns sais em função da temperatura Solubilidade (g de sal em 100 g de H2O) 100

16. Existe algum sal cuja solubilidade diminui com o aumento da temperatura?

KNO3

CaC2

90

Resposta: Sim, o sulfato de cério(III) ​​(​Ce​2​​ ​​(​SO​4​​)​​ ​​)​​. 3

80 70 60

KCO3

50

Heloísa Pintarelli/Arquivo da editora

40

NaC

30 20 10 0

Amostra saturada de água potável com sal.

Ce2(SO4)3 10

20

30

40

50

60

70 80 90 100 Temperatura (°C)

Esse fato também pode ser observado em situações do cotidiano. Pense, por exemplo, quando você prepara um copo de leite com achocolatado. Se o leite estiver frio, o achocolatado demora para solubilizar. Já se o leite for aquecido, o achocolatado é facilmente dissolvido nele. Ao analisar o gráfico, também percebemos que a solubilidade de cada sal tem um comportamento diferente em função da temperatura. Fonte de pesquisa: BROWN, Theodore L. et al. Química: a ciência central. Tradução: Eloiza Lopes, Tiago Jonas e Sonia Midori Yamamoto. 13. ed. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2016. p. 571.

17. Considerando o clorato de potássio (​ ​KC𝓁O​3​)​, o cloreto de sódio (​ NaC𝓁)​e o nitrato de potássio (​ ​KNO​3​)​, qual sal tem maior solubilidade a ​40 ° C​? E a ​20 ° C​?

Resposta: A ​40 ° C​, o nitrato de potássio é mais solúvel; a 2 ​ 0 ° C​, o cloreto de sódio é mais solúvel.

81

05/11/2024 15:22:05

Fabio Eiji/Arquivo da editora

Nas redes sociais, há alguns perfis que divulgam vídeos de experimentos bem intrigantes, como a formação de “gelos em instantes” em temperatura ambiente. Nesses vídeos, o simples contato do dedo com um líquido que parece ser apenas água provoca um efeito instantâneo: o líquido parece se solidificar. 18. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes questionem a veracidade do vídeo considerando Jovem “congelando” a água que há condições especiais para a com a ponta do dedo. formação de cristais.

18. Ao assistir a um vídeo como esses, você acredita se tratar de algo real ou que tenha passado por alguma manipulação de efeitos especiais?

19. Você saberia explicar o fenômeno presente nos vídeos descritos anteriormente? 20. Ao navegar em redes sociais, você já viu alguma postagem que mostrasse um fenômeno aparentemente sem explicação? Descreva um exemplo e diga se essa postagem continha uma explicação acerca do fenômeno ou referências.

19. Resposta pessoal. O objetivo desta questão é fazer os estudantes refletirem sobre o tema e formularem hipóteses.

Os vídeos que apresentam o suposto congelamento instantâneo da água na verdade mostram as soluções chamadas de supersaturadas. Essas soluções contêm mais soluto do que seria possível dissolver nas condições em que estão. São formadas quando uma solução saturada com corpo de fundo é aquecida para permitir que mais soluto se dissolva. Em seguida, é resfriada lentamente, sem que ocorra nenhum tipo de perturbação e formação de cristais, mantendo assim o soluto em excesso dissolvido na solução. As soluções supersaturadas são instáveis; caso haja alguma perturbação, como agitação ou introdução de um cristal de soluto, ocorre a precipitação rápida do soluto em excesso. 21. Após ler sobre solução supersaturada, de que maneira você explicaria como foram feitos os vídeos descritos anteriormente?

Resposta: Espera-se que os estudantes descrevam que o vídeo não apresenta a formação de gelo, mas sim uma solução supersaturada que passa por uma perturbação.

Fotos: Charles D. Winters/Science Source/Fotoarena

Confira a seguir o que ocorre com uma solução supersaturada ao ser acrescentado um cristal do soluto que forma a solução.

Adição de cristal de soluto à solução supersaturada.

Cristalização da solução supersaturada.

Solução saturada com cristais do soluto.

A solução descrita anteriormente é uma solução supersaturada de acetato de sódio (​​ NaC​H​3​​​CO​2​​)​​. Ela foi formada quando dissolvidos ​170 g​de acetato de sódio em ​100 mL​de água a ​100 ° C​. Em seguida, a solução foi resfriada lentamente, até 2 ​ 0 ° C​, temperatura na qual a solubilidade de acetato de sódio é de ​46 g​por ​100 mL​de água. Ao longo do resfriamento, todo o soluto permanece dissolvido. Soluções supersaturadas são instáveis por conterem maior quantidade de soluto dissolvido do que seria possível dissolver a uma dada temperatura, e a adição de um cristal causa a cristalização do soluto em excesso.

20. Resposta pessoal. Os estudantes devem descrever os vídeos que acham intrigantes e refletir sobre a veracidade deles. Para o aprendizado voltado ao uso de mídias, é importante que eles tenham um tempo para refletir acerca do que viram.

82

05/11/2024 15:22:07

1

Solubilidade em água de alguns gases em função da temperatura Solubilidade (mM)

CH4 2,0

O2 CO

1,0

He

22. Você já segurou ou apertou a garrafa de uma

bebida gaseificada à temperatura ambiente? Se sim, notou algo diferente em relação à mesma garrafa recém-retirada da geladeira?

Heloísa Pintarelli/Arquivo da editora

Assim como sólidos, gases também podem se dissolver em líquidos, e sua solubilidade é afetada pela temperatura. No entanto, ao contrário da maioria dos sais, em geral a solubilidade dos gases em líquidos diminui com o aumento da temperatura. Isso significa que, à medida que a água esquenta, menos gás pode ser dissolvido nela. E, da mesma forma que todo sal tem um comportamento específico em função da temperatura, os gases também apresentam comportamentos distintos. Observe no gráfico a solubilidade da amônia, do gás oxigênio, do monóxido de carbono ​​(CO)​​ e do hélio (​​ He)​​ em água.

UNIDADE

22. Resposta pessoal. Caso os estudantes respondam que sim, espera-se que digam que a garrafa à temperatura ambiente aparentava estar mais “dura”, o que é causado pela pressão do gás dentro dela.

0

20

40

60

80 100 Temperatura (°C)

Fonte de pesquisa: BROWN, Theodore L. et al. Química: a ciência central. Tradução: Eloiza Lopes, Tiago Jonas e Sonia Midori Yamamoto. 13. ed. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2016. p. 571.

Você já deve ter notado esse comportamento dos gases ao segurar uma garrafa de bebida gaseificada à temperatura ambiente e percebido que ela tem maior resistência à deformação. Isso acontece porque as bebidas gaseificadas contêm dióxido de carbono (gás carbônico) dissolvido no líquido, e, quanto maior a sua temperatura, mais o gás se desprende do líquido, aumentando a pressão no interior da garrafa. Assim como ocorre no líquido das bebidas gaseificadas, a solubilidade dos gases em corpos de água, como rios e oceanos, também diminui quanto maior for a temperatura da água. Analisando o gráfico da solubilidade em função da temperatura, é possível notar que a solubilidade do oxigênio decresce acentuadamente com o aumento da temperatura. Esse fator é de grande importância e um aumento de temperatura pode trazer consequências prejudiciais a ambientes aquáticos. Confira os apontamentos a seguir. • A diminuição na quantidade de oxigênio dissolvido pode afetar a respiração dos seres ali presentes. • A temperatura elevada pode acelerar a velocidade de reações químicas causadas por poluentes que podem estar presentes na água. • O aumento de temperatura pode diminuir o tempo de vida de alguns seres vivos aquáticos e afetar o seu ciclo de reprodução.

23.Você sabe quais

atividades podem causar o aquecimento das águas de rios ou oceanos?

• A proliferação de fungos e bactérias pode ser favorecida pelo aquecimento, aumentando o risco de crescimento de organismos patogênicos, causando doenças em seres humanos e animais.

Próximo a Angra dos Reis, onde há duas usinas nucleares para geração de energia elétrica, localiza-se a chamada Praia do Laboratório, que tem a temperatura de suas águas mais elevada em razão do aquecimento provocado por um processo da central nuclear, que capta uma grande quantidade de água do mar para resfriar o vapor utilizado para movimentar o gerador de eletricidade.

Delfim Martins/Pulsar Imagens

O aquecimento de águas naturais pela introdução de água quente é chamado de poluição térmica, e entre suas causas destacam-se a operação de usinas geradoras de energia elétrica e o funcionamento de indústrias.

Usinas nucleares da Central Nuclear Almirante Álvaro Alberto de Angra dos Reis (RJ), em 2019.

23. Resposta pessoal. O objetivo desta atividade é verificar o conhecimento prévio dos estudantes sobre as fontes de poluição térmica, que podem ser causadas por atividades industriais e usinas elétricas.

83

05/11/2024 15:22:07

Preservar nossos corpos de água não é apenas uma responsabilidade ambiental, mas também uma necessidade para garantir o futuro.

ODS: Os Objetivos de Desenvolvimento Sustentável

Objetivo de Desenvolvimento Sustentável 14. ODS: Os Objetivos de Desenvolvimento Sustentável

A água é um recurso precioso e indispensável para os seres vivos. Portanto, preservar os corpos de água é importante para manter o equilíbrio dos ecossistemas e a qualidade de vida dos seres vivos presentes neles. A importância dessa preservação está, inclusive, na Agenda 2030 para o Desenvolvimento Sustentável, elaborada pela Organização das Nações Unidas (ONU), que destaca a conservação e o uso sustentável dos ecossistemas aquáticos e terrestres em seus Objetivos 14 e 15. Esses objetivos visam proteger a vida marinha e os ecossistemas de água doce, promover a recuperação de áreas degradadas e garantir a sustentabilidade no uso dos recursos naturais.

Agora, voltando a abordar os tipos de misturas, elas também podem se apresentar na fase sólida. As ligas metálicas, por exemplo, são produzidas pela mistura de diferentes metais em proporções variadas. As propriedades dessas ligas variam de acordo com a composição e a proporção de seus componentes, possibilitando diferentes aplicações. 24. Qual é a importância de misturas como as ligas metálicas se comparadas ao uso isolado de seus constituintes?

Objetivo de Desenvolvimento Sustentável 15.

Dario Sabljak/Shutterstock.com

O aço, por exemplo, é constituído de ferro e carbono. Ao alterar a concentração deste último, as propriedades da liga metálica, como rigidez e resistência, variam, garantindo seu uso em diferentes áreas, como na construção civil. Além do aço, há ligas de alumínio, cobre e zinco, como o latão, e de cobre e estanho, como o bronze. Cada uma tem propriedades específicas. Por exemplo, o alumínio presente na liga de alumínio da roda de automóvel a torna mais leve, o que ajuda na redução do gasto de combustível. Roda de liga de alumínio de automóvel.

Imagens desta página sem proporção.

Na maioria dos casos, pode-se identificar visualmente os componentes de uma mistura heterogênea, como é o caso do granito, que é formado por dióxido de silício e óxidos de outro metal. Em outras misturas, como o sangue, só é possível identificar seus componentes com o auxílio de um equipamento de ampliação, como um microscópio. Confira a seguir a aparência de um pedaço de granito, o aspecto aparentemente homogêneo do sangue dentro do tubo e sua ampliação em um microscópio óptico.

Granito.

84

Tubo contendo amostra de sangue humano.

Jarun Ontakrai/Shutterstock.com

Zelenskaya/Shutterstock.com

TippaPatt/Shutterstock.com

hemácias

Sangue humano. Imagem ampliada cerca de 1 000 vezes e colorida artificialmente.

24. Resposta: Espera-se que os estudantes comentem que a junção de diferentes elementos químicos e a variação de proporção entre eles nas ligas possibilitam a formação de materiais com diferentes propriedades. O objetivo desta questão é levá-los a uma reflexão sobre as propriedades das ligas metálicas.

05/11/2024 15:22:09

Dispersões coloidais Há misturas que, apesar do aspecto homogêneo a olho nu, sob um microscópio óptico é possível notar partículas maiores do que átomos ou moléculas que formam as soluções verdadeiras e menores do que as partículas que formam as misturas heterogêneas. O leite desnatado, a maionese e a manteiga são exemplos desse tipo de mistura, chamado de dispersão coloidal ou coloide.

UNIDADE

1

Copo com leite desnatado.

grey_and/ Shutterstock.com

New Africa/ Shutterstock.com

FabrikaSimf/Shutterstock.com

Imagens desta página sem proporção.

Manteiga.

Maionese.

O termo coloide foi introduzido pelo cientista escocês Thomas Graham (1805-1869) para indicar as características entre as soluções e as misturas heterogêneas. Essa palavra tem origem grega e significa “forma de cola”. Ao observar o leite homogeneizado a olho nu, não é possível visualizar separadamente as substâncias que o compõem, o que constitui o aspecto de “cola” entre elas. As partículas dos coloides não podem ser vistas a olho nu e não se sedimentam com a ação da gravidade, somente com processo de ultracentrifugação. Por causa do tamanho, as partículas das dispersões coloidais passam através de um filtro, mas em geral não passam por uma membrana semipermeável. Quando observadas pelo ultramicroscópio, as partículas refletem e dispersam a luz. Nos coloides, tanto a fase dispersa (partícula) quanto a fase dispersante (meio onde as partículas estão) podem ser sólidas, líquidas ou gasosas. Dependendo das fases do disperso e do dispersante, os coloides podem ser classificados em aerossol, espuma, emulsão, sol e gel, conforme mostra o quadro a seguir. Professor, professora: O objetivo deste quadro é dar exemplos de coloides e sua classificação, para conhecimento dos estudantes. Portanto, não exija que eles memorizem nem as classificações, nem as características.

Coloide

Disperso

Dispersante

Exemplos

aerossol sólido

sólido

gás

poeira, fumaça, desodorante

aerossol líquido

líquido

gás

neblina

espuma sólida

gás

sólido

poliuretano, poliestireno expandido

espuma líquida

gás

líquido

espuma de sabão (detergente)

emulsão

líquido

líquido

maionese, manteiga, leite

sol

sólido

líquido

creme dental, tinta, pó de gelatina dissolvido

sol sólido

sólido

sólido

rubi, safira

gel

líquido

sólido

gelatina pronta, geleia

Efeito Tyndall O efeito Tyndall foi descrito pelo cientista inglês Michael Faraday (1791-1867) e explicado pelo físico irlandês John Tyndall (1820-1893). Esse fenômeno ocorre quando há dispersão da luz pelas partículas coloidais, o que possibilita visualizar o trajeto da luz pelo qual essas partículas dispersam os raios luminosos.

Dark Moon Pictures/Shutterstock.com

Estados de agregação dos componentes e exemplos de coloides

Fenômeno de dispersão da luz ao passar por um meio com partículas coloidais.

85

05/11/2024 15:22:09

2. b) Resposta: Sim, pois a maioria dos animais aquáticos obtém o ​​O​2​​​ de que necessitam da água. A redução na quantidade desse gás dissolvido poderá prejudicar sua absorção, afetando processos essenciais aos seres vivos, como a respiração celular. Respostas das questões 1 e 3 nas Orientações para o professor.

ATIVIDADES

1. Para evitar o descarte inadequado, uma família destina o óleo de cozinha usado no preparo de alimentos a uma cooperativa de reciclagem que produz sabão artesanal. Leia a seguir o passo a passo de como esse sabão pode ser produzido.

Na cooperativa, são adicionados cerca de ​2 L​de água fervente em um recipiente plástico. Em seguida, acrescenta-se lentamente e aos poucos cerca de ​1 kg​ de hidróxido de sódio (​​ NaOH)​​, conhecido como soda cáustica. Após a completa dissolução dessa substância, ​ 5 L​de óleo usado e coado são adicionados. É preciso mexer bem essa mistura, de preferência com o auxílio de uma colher de pau, por cerca de 30 minutos. Por fim, o conteúdo é despejado em uma forma e mantido em repouso, até que o sabão endureça.

a ) Qual é a importância da soda cáustica na produção do sabão? Faça uma pesquisa, se necessário. b ) Que tipo de sistema seria formado pela junção de água e óleo caso não houvesse a adição da soda cáustica? Argumente sua resposta. c ) Qual é a importância ambiental, social e econômica da atitude dessa família ao optar por destinar o óleo para uma cooperativa de reciclagem?

2. A tabela a seguir apresenta informações sobre o

efeito da temperatura na quantidade de oxigênio dissolvido em dois tipos de água.

Efeito da temperatura na concentração de ​​O​2​​​ dissolvido em água doce e salgada Temperatura ​​(°C)​​

Concentração de ​​ O​2​​​ na água doce −1 (​​ mL ​· ​​L​​ )​​​

Concentração de ​​O​2​​​ na água salgada (​​ mL ​· ​​L​​ −1​)​​

0

10,29

7,97

10

8,02

6,35

15

7,22

5,79

20

6,57

5,31

30

5,57

4,46

Fonte de pesquisa: SCHMIDT-NIELSEN, Knut. Fisiologia animal: adaptação e meio ambiente. Tradução: Terezinha Oppido e Carla Finger. 5. ed. São Paulo: Editora Santos, 2013. p. 10.

a ) Analisando os dados da tabela, o que você pode dizer a respeito da solubilidade do gás oxigênio em água? b ) Estudos indicam que o aumento da temperatura média terrestre está causando uma elevação da temperatura das águas do planeta. Caso esse aumento seja progressivo ao longo dos anos, as formas de vida aquática podem ser prejudicadas? Justifique sua resposta.

NÃO ESCREVA NO LIVRO.

3. O soro caseiro é um exemplo de solução. Pesquise como ele é preparado, apontando os seguintes elementos: • componentes da mistura; • solvente; • solutos; • representação da dissolução; • função do soro caseiro no organismo humano.

4. Ao utilizar os materiais álcool etílico, água, óleo

vegetal e querosene para construir uma torre de líquidos, a composição final da torre dependerá da ordem em que foi adicionado cada componente. Para isso, é preciso levar em consideração as propriedades dos materiais. Analise os dados a seguir em ambiente a ​25 °C​. Solubilidade entre os materiais Mistura

Solubilidade

água e álcool

solúvel

água e óleo

insolúvel

água e querosene

insolúvel

álcool e óleo

insolúvel

álcool e querosene

insolúvel

óleo e querosene

solúvel

Densidade dos materiais Material

Densidade aproximada

água

​1,0 g/mL​

álcool

​0,8 g/mL​

óleo

​0,9 g/mL​

querosene

menor que ​0,8 g/mL​

Fontes de pesquisa: HAYNES, William M. (ed.). CRC Handbook of chemistry and physics. 97. ed. London: CRC Press, 2014. p. 3-246. MATEUS, Alfredo Luis; THENÓRIO, Iberê. Manual do mundo: 50 experimentos para fazer em casa. Rio de Janeiro: Sextante, 2014. p. 43-46.

Qual seria a ordem de adição dos líquidos para que a torre tenha quatro fases? 5. Resposta: A a ) Água, óleo, álcool e querosene. b ) Água, óleo, querosene e álcool. c ) Água, álcool, óleo e querosene. d ) Querosene, álcool, óleo e água.

solubilidade do corante nos líquidos que compõem as fases da torre.

Resposta:

e ) Querosene, água, óleo e álcool. Alternativa a. Comentários nas Orientações para o professor.

5. Caso a pessoa monte uma torre similar à descrita no exercício anterior e queira dar destaque às fases colorindo-as, quais aspectos químicos devem ser pesquisados antes de adquirir o corante?

2. a) Resposta: A solubilidade do gás oxigênio aumenta conforme a temperatura das águas diminuem. Além disso, para uma mesma temperatura, a solubilidade é maior em água doce.

86

05/11/2024 15:22:09

1

de tratamento sem comprovação científica foram compartilhados nas redes sociais. Um deles foi o chamado “prata coloidal”, falsamente tido como cura para o coronavírus, além de ineficaz, poderia levar à intoxicação. Nas publicações sobre esse falso tratamento, é descrita a produção de prata coloidal, em que são utilizados água deionizada (água livre de íons), eletrodos e um anel de prata. Em alguns mostra-se que a água inicial tem aspectos incolor e transparente. Após a produção da prata coloidal, a solução assume coloração ligeiramente amarelada. Respostas nas Orientações para o professor.

a ) Como seria possível confirmar que a solução produzida é mesmo coloidal?

Keithy Mostachi/Arquivo da editora

b ) Venâncio participa de um grupo de mensagens com colegas com quem joga futebol. Em 2020, alguns participantes desse grupo compartilharam a fake news da prata coloidal. Leia a conversa a seguir.

Venâncio

Fernando

14:02

Venâncio

Solubilidade do nitrato de sódio (​​ ​NaNO​3​​)​​ e cloreto de potássio (​​ KC𝓵) ​​ em água em função da temperatura Solubilidade (g de sal em 100 g de H2O) 100

NaNO3

90 80 70 60

KC

50 40 30 20 10 10

20

30

40

50

60

70 80 90 100 Temperatura (°C)

Fonte de pesquisa: BROWN, Theodore L. et al. Química: a ciência central. Tradução: Eloiza Lopes, Tiago Jonas e Sonia Midori Yamamoto. 13. ed. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2016. p. 571.

a ) Uma solução de 9 ​ 0 g​de ​NaNO​3​em 1 ​ 00 g​de água na temperatura de ​10 °C​é uma mistura saturada? Explique.

Cara, eu ouvi falar disso... mas será que é confiável mesmo? Achei estranho...

Meu vizinho tá tomando e até agora não pegou covid!! Um conhecido dele usou a prata coloidal para tratar do machucado de pele e deu super certo, nem precisou ir ao médico. Pode confiar sim!! 14:02

guir. Depois, responda às questões propostas.

0

Grupo do futebol Boa tarde, pessoal! Vi um vídeo de uma família inteira que foi curada de covid tomando prata coloidal. Aprendi como faz!! Vou fazer aqui e tomar para prevenir a doença! 14:00

7. Analise o gráfico de solubilidade dos sais a se-

Heloísa Pintarelli/Arquivo da editora

6. Durante a pandemia de covid-19, diversos tipos

UNIDADE

7. a) Resposta: Não. É uma solução saturada com corpo de fundo, pois na temperatura em questão é possível dissolver no máximo 8 ​ 0 g​. b) Resposta: Se em ​70 ° C​a massa solubilizada é ​50 g​e em ​50 ° C​é ​40 g​, a massa que depositará no fundo será igual a ​10 g​.

Gilmar

b ) Se a temperatura de uma solução saturada baixar de 7 ​ 0 ° C​para 5 ​ 0 ° C​, qual será aproximadamente a massa do ​KC𝓁​que precipitará? c ) Em um laboratório há ​35 g​ de ​KC𝓁​. Qual é a temperatura mínima necessária para a total dissolução do sal em ​1 L​de água. Resposta: A temperatura mínima necessária é de ​30 ° C​.

8. Há uma técnica chamada recristalização, que serve para separar apenas o composto sólido desejado. Analise cada afirmativa a seguir como verdadeira ou falsa, depois corrija as falsas.

Sei não, pessoal... Acho que vou pesquisar um pouco mais. Tem que ver o que os pesquisadores estão falando disso. 14:05

Chat do grupo do futebol.

Analisando a conversa, quem você acha que agiu adequadamente diante da informação recebida? Explique e identifique as práticas inadequadas nesse contexto.

a ) Nessa técnica é elaborada uma solução saturada em uma temperatura elevada e, à medida que resfria, a solução se torna supersaturada, assim apenas o sólido desejado se precipita. b ) A precipitação dos sais não depende de mudanças na temperatura da solução. c ) A formação de cristais não ocorre em temperatura ambiente, logo não pode haver formação de sólidos. d ) A adição de um cristal do soluto inicia a cristalização do soluto em excesso de soluções supersaturadas.

8. Resposta: Alternativas a e d são verdadeiras; b e c são falsas. b) A precipitação da maioria dos sais pode ocorrer com o resfriamento da solução. c) A formação de cristais depende da temperatura e de outros fatores e pode haver formação de cristais na temperatura ambiente.

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Separação de misturas Em maio de 2024, o estado do Rio Grande do Sul passou por um período de chuvas intensas que resultaram em uma catástrofe, atingindo 90% dos municípios gaúchos. Ocasionadas por uma combinação de fenômenos climáticos, as chuvas alagaram boa parte do estado, desabrigaram muitas pessoas e comprometeram o acesso da população a diversos itens de necessidade básica. Leia o trecho da notícia a seguir e converse com os colegas sobre as questões propostas.

Marinha envia estações para tratamento de água ao Rio Grande do Sul

Transportados pelo NAM “Atlântico”, equipamentos têm capacidade de fornecer 20 mil litros de água potável por hora […] Professor, professora: Comente que NAM é a sigla para Navio-Aeródromo Multipropósito. As estações de tratamento expedicionárias enviadas utilizam equipamento de filtragem química. Durante o processo, a água diretamente captada dos rios é tratada com alúmen, carbonato de sódio e cloro, além de decantada e filtrada. O resultado é água potável e pronta para o consumo humano, recurso de extrema importância para tropas em operação ou em situações de desastres que ocasionam o desabastecimento de água. O processo que trata água doce é diferente das estações usadas em navios da Marinha, por exemplo, que utilizam equipamentos de filtragem por osmose reversa – quando há a necessidade de dessalinização da água. […] PAES, Cecília. Marinha envia estações para tratamento de água ao Rio Grande do Sul. Agência Marinha de Notícias, 10 maio 2024. Disponível em: https://www.agencia.marinha.mil.br/cuidando-da-nossa-gente/marinha-envia-estacoes-para-tratamento-de-agua-ao -rio-grande-do-sul. Acesso em: 9 ago. 2024. 25. Resposta: Porque milhares de pessoas ficaram sem abastecimento de água tratada, pois as

estações de tratamento dessas localidades também ficaram alagadas.

25.Por que foi necessário o envio de estações de tratamento de água para a região? 26.Mais de 97% do volume de água da Terra é salgado. Por que essa água não pode ser consumida diretamente pelo ser humano? Resposta: Esse tipo de água tem grande quantidade de sais, gerando prejuízos à saúde humana, como a desidratação.

27. De que maneira seria possível tornar a água do mar adequada ao uso e consumo humanos? Resposta: Espera-se que os estudantes digam que isso seria possível pela separação de sal, impurezas e microrganismos. 28.Quais são os possíveis benefícios sociais do uso da água do mar como fonte de água potável para consumo humano? 28. Resposta: Isso poderia tornar a água, um direito humano, disponível a um maior número de pessoas.

Um mecanismo de dessalinização e filtragem da água do mar, usando o grafeno, foi elaborado pela pesquisadora brasileira Nadia Ayad (1992-). Ela criou uma solução sustentável e inovadora para tentar resolver o problema que em um futuro não tão distante vai se agravar: o acesso da população à água potável. Analisando as propriedades do grafeno, a pesquisadora viu seu potencial como uma membrana de dessalinização, pela capacidade de peneiração superior. Em 2017, Ayad recebeu um prêmio internacional em reconhecimento ao seu trabalho e o material desenvolvido.

RHJPhtotos/Shutterstock.com

A maior parte do volume de água da Terra é salgada. Essa água tem concentração de sais superior à água doce, por isso não pode ser consumida pelo ser humano. Nesse cenário, a remoção do excesso do sal da água do mar se tornou uma alternativa de acesso à água potável em diversas regiões.

Pó de grafeno.

Diversas situações do cotidiano envolvem a necessidade de separar os componentes de uma mistura. Preparar café com filtro de papel, selecionar os grãos de feijão e separar o lixo reciclável do não reciclável são exemplos de técnicas de separação. Em laboratórios e indústrias, essas técnicas também são comuns. A escolha do método é essencial para o sucesso na separação dos componentes de uma mistura. Essa escolha depende de diferentes fatores, como o material que se deseja separar e as propriedades químicas e físicas dos constituintes da mistura.

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UNIDADE

1 Separação de misturas heterogêneas 29. Resposta: O objetivo desta questão é levar os estudantes a refletir sobre as técnicas de separação de misturas. Espera-se que eles comentem a respeito da remoção de componentes da amostra A, por meio de diferentes técnicas de separação, geralmente realizadas nas Estações de Tratamento de Água.

Peneiração

Dewald Kirsten/Shutterstock.com

A peneiração possibilita separar sólidos de diferentes dimensões ou sólidos suspensos em líquidos. Tal técnica é utilizada em diferentes situações do dia a dia, como para separar a polpa de fruta batida das sementes trituradas, separar os grumos maiores da farinha de trigo ou do açúcar e até mesmo remover as rochas na areia durante o preparo da argamassa pelo pedreiro. A remoção das sementes trituradas durante o preparo da tinta de urucum pelos indígenas xavantes, na etapa B da página 78, também envolve a aplicação da peneiração.

Pessoa peneirando farinha de trigo.

Analise as imagens a seguir. A. Merkushev Vasiliy/Shutterstock.com

sonsart/Shutterstock.com

B.

Amostra de água de rio.

29.Como é possível transformar a amostra de água A na amostra de água B?

Amostra de água de torneira.

A água que chega à maioria das residências brasileiras é proveniente de Estações de Tratamento de Água (ETA). Nelas, a água captada, geralmente de rios, passa por diferentes processos, que incluem técnicas de separação de misturas. Confira algumas delas a seguir.

Decantação

30. Resposta: Espera-se que os estudantes comentem que isso é necessário para que todos os componentes do produto envasado se distribuam igualmente. Ao ser mantido em repouso, alguns de seus componentes insolúveis de maior densidade podem se depositar no fundo do recipiente.

A decantação é uma técnica utilizada para separar materiais de diferentes densidades ou sólidos em suspensão. Essa separação ocorre por ação da gravidade, após a mistura ser mantida em repouso por certo tempo. Nesse processo, o material mais denso tende a ocupar a posição inferior do recipiente, enquanto o menos denso ocupa em maior parte a posição superior. A separação é concluída com a retirada da porção superior ou inferior da mistura, de acordo com o método empregado.

30.Por que em

embalagens de certos produtos, como sucos de frutas, há uma orientação de que é necessário agitá-los antes do consumo?

3

(

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svetlana15/Shutterstock.com

Nas ETA, essa técnica é aplicada nos chamados tanques de decantação ou decantadores, que recebem a água previamente tratada com coagulante, como o sulfato de alumínio ​​(​A𝓁​2​​ (​​ ​SO​4)​​ ​​ ​​)​​ ou o policloreto de alumínio ​​ ​​[​A𝓁​2​​ (​​ OH) ​​ ​​ ​C𝓁​2​​]​​ ​​ ​​. O coagu6)

lante reage com as partículas de sujeira na água, formando pequenos flocos, que se depositam no fundo dos tanques por ação da gravidade. A porção superior, livre de flocos, continua o processo de tratamento, enquanto a porção inferior compõe o lodo, que é removido dos tanques. Em nosso dia a dia, a decantação está presente em diferentes situações. Os cosméticos bifásicos, por exemplo o demaquilante mostrado na fotografia, quando mantidos em repouso, separam a porção menos densa do produto, oleosa, da mais densa, aquosa. Para usá-lo, é necessário agitar o produto, assim seus componentes se distribuirão de forma igual. 31. Qual é a importância de usar o coagulante no tratamento da água?

Recipiente contendo demaquilante bifásico.

Resposta: O coagulante agrupa as partículas suspensas na água, como argila e microrganismos, que naturalmente não se depositam no fundo do tanque, formando flocos de sujeira densos, possibilitando a decantação.

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Filtração

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B

B

Imagem elaborada com base em: GAUTO, Marcelo Antunes; ROSA, Gilber Ricardo. Processos e operações unitárias da indústria química. Rio de Janeiro: Editora Ciência Moderna, 2011. p. 15-16.

Representação da etapa de filtração em uma Estação de Tratamento de Água em corte transversal.

A água é um recurso essencial e indispensável para os seres vivos, e assegurar a disponibilidade, bem como a gestão sustentável desse recurso, é um dos objetivos presentes na Agenda 2030 para o Desenvolvimento Sustentável, elaborada pela ONU. Dessa maneira, o processo de tratamento de água desempenha um papel fundamental para o cumprimento desse objetivo. Em nosso dia a dia, a filtração está presente em diferentes situações, como no preparo do café coado, no tratamento doméstico da água antes do consumo e no uso do aspirador de pó. Neste último caso, as impurezas sólidas do ar e das superfícies ficam retidas no filtro, localizado no interior do aspirador.

carvão areia fina areia grossa cascalho pedregulho Representação das camadas do filtro. Imagem ampliada 6 vezes em relação à imagem A.

Objetivo do Desenvolvimento Sustentável 6. PR Image Factory/Shutterstock.com

A

ODS: Os Objetivos de Desenvolvimento Sustentável

Heloísa Pintarelli/Arquivo da editora

A água proveniente dos tanques de decantação na ETA é filtrada. A filtração, geralmente, é utilizada para separar os componentes sólido/líquido de uma mistura. Para isso, a mistura atravessa um filtro, isto é, uma superfície porosa que retém a fase sólida da mistura, permitindo apenas a passagem da fase líquida. Existem diferentes tipos de filtro, com componentes e número de camadas variadas, dependendo do tipo de mistura em questão e do objetivo da aplicação da técnica.

Resposta: Espera-se que os estudantes comentem que essa troca é essencial, uma vez que as partículas sólidas, como poeira e microrganismos, ficam retidas no filtro. Ao longo do tempo elas se acumulam nesse item, prejudicando sua funcionalidade e podendo causar danos à saúde de seus usuários.

32.Qual é a importância de trocar periodicamente os filtros de equipamentos como ar-condicionado, aspirador de pó e filtros de água domésticos?

Pessoa utilizando um aspirador de pó.

No mundo da Ciência e da inovação, nem sempre as grandes descobertas nascem em laboratórios ou universidades. Às vezes, surgem na simplicidade de problemas do cotidiano, como o gosto amargo e os resíduos de grãos que ficavam no café. Foi tentando resolver esse incômodo diário ao beber café que a dona de casa alemã Amalie Auguste M. Bentz (1873-1950), ao usar um pedaço de papel mata-borrão do caderno de seu filho como filtro, obteve um café limpo, saboroso e sem resíduos. Ela colocou o papel em um funil improvisado feito com uma lata perfurada e despejou água quente sobre o pó de café. Depois, Bentz testou sua invenção com amigas e viu que o filtro era realmente inovador. Em 1908, ela patenteou a invenção e passou a comercializá-la.

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Outras técnicas de separação

UNIDADE

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Centrifugação

Representação de centrífuga em corte, mostrando os tubos com amostras de sangue. sentido de rotação

As partículas mais densas da mistura são arremessadas em direção ao fundo do recipiente, enquanto a parte menos densa concentra-se na parte superior. Essa técnica é comumente utilizada em análises laboratoriais de sangue.

plasma Representação do sangue centrifugado com 3 fases.

glóbulos brancos e plaquetas hemácias

Heloísa Pintarelli/Arquivo da editora

Heloísa Pintarelli/Arquivo da editora

A decantação é um processo que pode ocorrer de modo muito lento. Visando acelerá-lo, é possível utilizar a centrífuga. Nesse equipamento, a mistura é submetida a uma rotação em alta velocidade.

Levigação e abanação Na levigação, uma corrente de água arrasta os materiais menos densos que estão na superfície, enquanto os mais densos permanecem no fundo do recipiente. Essa técnica é muito utilizada por garimpeiros. Nesse caso, a mistura de sedimentos é colocada em um recipiente cônico (bateia) e submetida à água corrente. Os materiais menos densos, como a areia, são arrastados pela água, e os mais densos, como o ouro, depositam-se no fundo do recipiente.

ImagensstockBR/Shutterstock.com

A densidade também permite a aplicação de outras duas técnicas de separação: a levigação e a abanação.

Pessoa separando grãos de café de folhas e

Já na abanação, a corrente de ar arrasta os materiais menos galhos, por meio da técnica da abanação, no município de Apucarana (PR), em 2021. densos. Essa técnica é utilizada para a separação de grãos, como os de café e arroz, de outras partes vegetais coletadas, como cascas e folhas. Para isso, a mistura heterogênea é movimentada em diferentes direções e submetida à corrente de ar, que remove os materiais menos densos. Professor, professora: A intensidade das correntes de água e de ar depende da densidade dos materiais a serem separados.

Cavan-Images/Shutterstock.com

Catação e separação magnética

Durante o empacotamento de grãos, como os de feijão, é possível que grãos danificados e itens estranhos, como pedras, sejam embalados com o produto. Por isso, é necessário fazer a separação dos grãos adequados para consumo dos demais itens. Ao fazer esse procedimento, aplica-se uma técnica de separação, a catação, que se baseia no uso de uma pinça, das mãos ou de outro utensílio que possibilite selecionar, capturar e remover alguns componentes da mistura. O aço é um dos materiais mais reciclados no mundo. Esse processo ocorre, principalmente, nas usinas siderúrgicas. Para isso, inicialmente, é necessário que ele seja separado das demais sucatas metálicas, o que pode ser feito com a aplicação da separação magnética. Nesse processo, utiliza-se um ímã para separar os materiais ferromagnéticos, ou seja, que são atraídos por ímã, dos demais materiais.

Separação de materiais metálicos em uma usina siderúrgica nos Estados Unidos, em 2022.

33. Qual é a importância da reciclagem de ligas metálicas, como o aço?

Resposta: A reciclagem reduz a extração de matérias-primas do ambiente e a quantidade de material descartado e evita seu acúmulo no meio ambiente, além de o custo da reciclagem do aço ser inferior ao de sua produção.

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34. Resposta: Poderia ser colocada uma superfície com temperatura inferior à do vapor, para que este pudesse se condensar. As gotículas formadas poderiam, então, ser recolhidas.

Separação de misturas homogêneas

Evaporação Um dos processos que possibilita a separação dos componentes da água do mar é a evaporação. Nesse processo, a mistura é deixada exposta diretamente à luz solar até que o material mais volátil, nesse caso a água, evapore. O material evaporado é perdido para o ambiente. O processo de evaporação também pode ser realizado pelo aquecimento da mistura. 34.O que poderia ser feito para coletar a água que vaporiza da amostra?

A remoção da água por meio da evaporação está presente em diferentes situações, como na obtenção do sal de cozinha e na secagem de roupas. 35. Resposta: Espera-se que os estudantes comentem que a água presente nos tecidos Fesus Robert/Shutterstock.com

Delfim Martins/Pulsar Imagens

das roupas aquece pela ação da luz solar e evapora.

Salina no município de Macau (RN), em 2019.

Roupas secando em um varal.

35. Explique com suas palavras como ocorre a secagem das roupas no varal. 36. Converse com os colegas sobre os equipamentos de proteção individual (EPI) que devem ser utilizados pelos trabalhadores

das salinas. Resposta: Como esses trabalhadores ficam expostos por muito tempo aos raios solares, os estudantes podem citar o uso de óculos de sol, bonés ou chapéus, protetor solar, roupas claras e de tecido leve. Além disso, o manuseio do sal exige o uso de botas e luvas.

Destilação simples

Imagem sem proporção e em cores fantasia.

A água do mar é um exemplo de mistura homogênea, composta, em sua maior parte, de sais dissolvidos. A separação dos sais da água pode ser feita por diferentes técnicas, como a destilação simples. Esse processo consiste em separar os componentes da mistura de acordo com suas diferentes temperaturas de ebulição.

A destilação simples é utilizada em muitos outros processos laboratoriais e industriais, como na produção do álcool etílico pela fermentação de açúcar. Nesse caso, o etanol (​​ ​C​2​​ ​H​5​​ OH)​​ é separado do material fermentado e concentrado por meio da destilação.

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III. II. I.

IV.

Heloísa Pintarelli/Arquivo da editora

Durante a destilação simples, a mistura é aquecida no interior de um balão de destilação (I). No caso de água e sal, a temperatura de ebulição da água é menor que a dos sais, portanto ela se transforma primeiro em vapor (II). O vapor de água passa pelo interior do condensador, isto é, um conjunto de tubos de isolamento por onde circula água fria continuamente. Ao entrar em contato com as paredes frias dos tubos, o vapor de água condensa, retornando à fase líquida (III), sendo então recolhida em um recipiente (IV). As substâncias com maior temperatura de ebulição permanecem no interior do balão de destilação.

Representação da técnica de destilação simples da água do mar. Imagem elaborada com base em: ATKINS, Peter; JONES, Loretta; LAVERMAN, Leroy. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. 7. ed. Porto Alegre: Bookman, 2018. p. F53.

Professor, professora: Ao comentar sobre a composição da água do mar, diga que ela apresenta outras substâncias dissolvidas, como matéria orgânica resultante da decomposição dos seres vivos. No entanto, em se tratando de salinidade, considera-se apenas a concentração de sais dissolvidos.

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Destilação fracionada

O etanol é um exemplo de biocombustível produzido por meio da fermentação de biomassa, como o bagaço da cana-de-açúcar, e utilizado em veículos movidos a etanol ou do tipo flex. Seu uso como combustível se intensificou na década de 1970, em meio a uma das crises do petróleo, visando reduzir a dependência dos combustíveis fósseis.

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UNIDADE

Professor, professora: Ao comentar sobre o etanol hidratado, diga que a mistura se torna azeotrópica (estudada anteriormente) ao atingir a proporção de ​4,6%​de água. A partir dessa concentração, a retirada de água ocorre por meio do uso de materiais desidratantes, ou seja, que absorvem a água. Isso possibilita a obtenção do etanol Imagens desta página sem proporção e em cores fantasia. anidro, adicionado à gasolina.

O etanol resultante da fermentação de biomassa tem água em sua composição, sendo por isso chamado de etanol hidratado. A remoção da água presente no etanol pode ser feita, em parte, por meio da destilação fracionada, viabilizando a separação de líquidos miscíveis.

Nesse processo, a mistura de etanol e água é aquecida (I). Em determinado momento, os dois componentes começam a evaporar. O etanol, por apresentar menor temperatura de ebulição e menor densidade, desloca-se mais facilmente pela coluna de fracionamento (II). Ao atingir o condensador (III), transforma-se em líquido e é recolhido (IV). Como a coluna de fracionamento contém estruturas que atuam como obstáculos, vapores mais densos e com maior temperatura de ebulição, como o da água, demoram mais para chegar ao condensador, possibilitando a separação desses componentes. Outros combustíveis, como gasolina, querosene, óleo diesel e gás natural, também são separados por meio do processo de destilação fracionada.

Heloísa Pintarelli/Arquivo da editora

A destilação fracionada é semelhante à destilação simples, exceto pela presença de uma coluna de fracionamento, localizada antes do condensador. III. II. IV.

I. Representação da técnica de destilação fracionada.

Imagem elaborada com base em: ATKINS, Peter; JONES, Loretta; LAVERMAN, Leroy. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. 7. ed. Porto Alegre: Bookman, 2018. p. F53, 369.

O petróleo é a base para a produção de combustíveis fósseis. É uma mistura complexa de diferentes componentes, chamados hidrocarbonetos, que formam grupos com temperaturas de ebulição semelhantes e possibilitam a obtenção de diferentes produtos, como os plásticos.

Nas refinarias, o petróleo bruto passa primeiro por um processo que visa quebrar suas grandes moléculas em moléculas menores. Em seguida, o material é direcionado às torres de destilação, para que as frações do petróleo sejam separadas de acordo com as diferenças de temperatura de ebulição. Nessas torres, o material é aquecido até sua vaporização. Quando o vapor de determinada fração do petróleo passa gás liquefeito de petróleo (GLP) por uma bandeja, com a temperatura inferior à sua temperatura de ebulição, tal fração se condensa, sendo recolhida e separada gasolina dos demais componentes.

Essa técnica também pode ser utilizada para separar componentes de misturas gasosas, como o ar atmosférico. Nesse caso, é necessário submeter o ar a um processo de resfriamento e aumento de pressão, fazendo seus componentes passarem para o estado líquido. Essa mistura líquida é, então, aquecida gradualmente e destilada de maneira fracionada. Assim, os componentes do ar atmosférico são separados, obtendo-se os diferentes gases em suas formas puras. Hidrocarbonetos: compostos químicos formados por átomos de carbono e hidrogênio.

querosene

petróleo Heloísa Pintarelli/Arquivo da editora

A destilação fracionada não é o único processo utilizado no refino do petróleo, mas é essencial para a separação de suas diferentes frações.

diesel

óleos lubrificantes

asfalto/ piche

Representação de torre de destilação fracionada de petróleo. Imagem elaborada com base em: LYONS, William C.; PLISGA, Gary J.; LORENZ, Michael D. Standard Handbook of Petroleum and Natural Gas Engineering. 3. ed. GPP, 2016. p. 2-135.

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A química e o saneamento básico Tratamento de água Diversas técnicas de separação de misturas vistas ao longo deste capítulo são empregadas no tratamento da água. Nas cidades, as Estações de Tratamento de Água garantem o fornecimento contínuo de água potável para consumo humano, seguindo padrões de potabilidade regulados pelo governo e fiscalizados por autoridades sanitárias. O esquema a seguir mostra as etapas do tratamento.

Heloísa Pintarelli/Arquivo da editora

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1. 2. 3. 6.

4. 5.

Representação das etapas de tratamento em uma Estação de Tratamento de Água.

Fonte de pesquisa: GAUTO, Marcelo Antunes; ROSA, Gilber Ricardo. Processos e operações unitárias da indústria química. Rio de Janeiro: Editora Ciência Moderna, 2011. p. 3-19.

1. Represa: a água é bombeada da represa para chegar até a estação de tratamento. Grades são colocadas em locais estratégicos para impedir a passagem de detritos, plantas e peixes.

2. Coagulação: há impurezas da água de natureza coloidal que estão dispersas e aparentam homogeneidade. Para retirá-

-las, são adicionados coagulantes químicos como sulfato de alumínio, que é o mais usado, e realiza-se uma agitação vigorosa da água, para que as partículas de sujeira se agreguem e formem flocos. Nessa etapa, é realizado o ajuste de ​ pH​para favorecer a coagulação.

3. Decantação: a água vai para os decantadores, onde os flocos de sujeira formados vão se acumular no fundo. 4. Filtração: a água é filtrada em um tanque com pedras e areia para reter as partículas que restarem após a decantação. 5. Cloração e fluoretação: adiciona-se cloro para eliminar vírus e bactérias, que podem causar doenças se consumidos, e o flúor (​​ F)​​, para a prevenção de cáries.

6. Finalmente a água está tratada e fica reservada em tanques para ser distribuída para a população.

Tratamento de esgoto Uma parcela significativa das águas, depois de utilizadas para o abastecimento público e nos processos produtivos, retorna suja aos cursos de água. Dependendo do grau de poluição, essa água residual pode ser imprópria, causando, por exemplo, a mortandade de peixes. Dessa forma, antes de atingirem os corpos aquáticos, as águas residuais também devem passar por algumas etapas de tratamento. Os processos de purificação de águas residuais são divididos em dois grandes grupos, os biológicos e os físico-químicos.

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O esquema a seguir mostra as etapas do tratamento de esgoto.

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1 Imagem sem proporção e em cores fantasia.

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2.

5.

7. Representação das etapas de tratamento em uma Estação de Tratamento de Esgoto (ETE).

4. Heloísa Pintarelli/Arquivo da editora

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3.

8. Fonte de pesquisa: GAUTO, Marcelo Antunes; ROSA, Gilber Ricardo. Processos e operações unitárias da indústria química. Rio de Janeiro: Editora Ciência Moderna, 2011. p. 29-40.

1. A água utilizada pela população forma o esgoto bruto e é encaminhada à rede de esgoto. 2. Gradeamento: remoção de materiais grosseiros, como galhos, folhas e plásticos, através de grades. 3. Desarenação: remoção da areia fina e outros materiais pesados em tanques de decantação. 4. Decantação primária: os sólidos em suspensão sedimentam no fundo dos tanques, formando o lodo primário. A parte líquida segue o tratamento e o lodo passa por outro procedimento.

5. Aeração: a parte líquida da etapa anterior passa por tratamento biológico com microrganismos, como bactérias

e protozoários, que são utilizados para degradar a matéria orgânica presente na água. O ar fornecido favorece a proliferação desses microrganismos.

6. Decantação secundária: o restante do sólido se deposita no fundo e a parte líquida é devolvida para o meio ambiente em rios, lagos ou represas.

7. O lodo advém das decantações primária e secundária e é concentrado nos adensadores, onde é retirada a porção líquida. 8. O lodo separado é destinado para outros fins. No tratamento de esgoto, além do retorno da água tratada para os corpos hídricos, há a possibilidade da utilização do lodo, subproduto dos processos de decantação, pois é altamente rico em matérias orgânicas e tem potencial de reúso, principalmente na agricultura. Passado pelo digestor, o lodo transforma-se em biogás, que pode ser queimado para geração de energia. Tratamento de água e tratamento de esgoto são duas ações que integram o serviço de saneamento básico. Essa é uma expressão ampla, que denota diferentes serviços que fazem parte do desenvolvimento urbano. O saneamento básico é uma atividade atribuída ao Poder Público, que engloba: • abastecimento de água potável, além de disponibilizar e manter infraestruturas necessárias; • disponibilizar e manter infraestruturas e instalações para coleta, transporte, tratamento e disposição final adequados dos esgotos sanitários; • limpeza urbana e manejo de resíduos sólidos; • drenagem e manejo de águas pluviais para evitar ou minimizar danos advindos de enchentes e alagamentos.

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LIGADO NO TEMA O custo da água Leia o trecho da matéria a seguir.

Maioria das famílias na extrema pobreza não tem saneamento, diz estudo […] Grande parte dos brasileiros ainda não tem acesso a saneamento básico, incluindo acesso à água potável e à rede de coleta de esgoto, segundo dados divulgados no estudo As Despesas da Família Brasileira com Água Tratada e Coleta de Esgoto, feito com base em dados de 2018 pelo Instituto Trata Brasil. Considerando a população que mora em unidades de consumo abaixo da linha de pobreza no país, 67,5% não tinha acesso à rede de esgotos em 2018. O pior resultado está na Região Norte, onde 88% dessa população não tinha esgoto. Mais da metade (51,7%) das pessoas residentes em unidades de consumo abaixo da linha da pobreza no país também não recebiam água com regularidade – diariamente e na quantidade exata. Nesse caso, o pior resultado é o da Região Nordeste, em que ​62,8%​ das pessoas não tinham acesso regular à água. Os dados reforçam a associação entre pobreza e falta de acesso aos serviços de saneamento no Brasil […]. BOEHM, Camila. Maioria das famílias na extrema pobreza não tem saneamento, diz estudo. Agência Brasil, 14 jul. 2021. Disponível em: https:// agenciabrasil.ebc.com.br/geral/noticia/2021-07/maioria-das-familias-na-extrema-pobreza-nao-tem-saneamento-diz-estudo. Acesso em: 9 ago. 2024.

A água que chega às moradias no Brasil provém de Estações de Tratamento de Água. Nessas estações, ela é captada de rios, lagos ou poços e passa por diversos processos de purificação para torná-la potável e segura para o consumo. Após ser utilizada em diferentes atividades diárias, como higiene pessoal, lavagem de roupas e louças, a água se transforma em esgoto doméstico, que é encaminhado de forma segura, por meio de tubulações, às Estações de Tratamento de Esgoto. Pelo menos esse é o caminho esperado para a água que chega e deixa as moradias da população. Contudo, após ler o trecho da matéria apresentado no início da página, você diria que isso ocorre em todo o Brasil?

a) Resposta: Espera-se que os estudantes relatem que a falta de saneamento básico pode expor a população a microrganismos causadores de doenças. b) Resposta: Espera-se que os estudantes analisem o trecho da matéria e digam que as populações mais pobres do país são mais afetadas pela falta de saneamento básico.

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A água, por mais limpa que possa parecer na natureza, pode conter muitos patógenos em poucos mililitros. Por isso, é importante que passe por um tratamento, para desinfecção de microrganismos patógenos. Há também a fluoretação, garantida por lei no país – que corresponde ao acréscimo de flúor, mineral importante na saúde dos dentes. Já a coleta e o tratamento de esgoto também são etapas relevantes do saneamento, pois a água residual que deixa as moradias pode conter grande quantidade de microrganismos, como bactérias, vírus e fungos causadores de doenças, que devem ser coletados e transportados à ETE, evitando a contaminação dos ambientes e transmissão de doenças. Além do transporte, o tratamento é essencial para garantir a devolução da água aos cursos naturais sem causar a poluição deles. a ) A quais riscos uma população carente em serviços de saneamento básico está sujeita? b ) O saneamento básico é um direito assegurado a todos pela Constituição. Porém, é possível dizer que alguma parcela específica da população não está recebendo esse direito? c ) Você conhece algum bairro ou área do seu município que não tenha saneamento básico? É importante reconhecer que os serviços de água e de esgoto implicam custos significativos. Esses custos envolvem a operação e a manutenção de infraestruturas complexas e os investimentos em tecnologia e pessoal qualificado. É comum que parte dos custos seja repassada aos consumidores por meio da fatura de água. Essa prática não apenas financia a operação contínua dos sistemas, mas também incentiva o uso responsável dos recursos hídricos, promovendo a sustentabilidade e a conservação ambiental. c) Resposta pessoal. Auxilie os estudantes a lembrar os elementos que caracterizam a falta de saneamento básico e converse com eles a respeito dos bairros do município. Caso o município seja plenamente atendido, conversem sobre municípios da região ou de outros lugares que os estudantes conheçam e não tenham esse direito garantido.

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Heloísa Pintarelli/Arquivo da editora

Os custos dos serviços de água e esgoto variam de acordo com a cidade e a empresa responsável e podem ser apresentados ao cliente de diferentes formas. Confira a seguir um exemplo de fatura de água fornecido por uma empresa de saneamento e as informações presentes nela. Conta Mensal de Serviços de Água e/ou Esgotos Fornecimento 000000111111

C O M PA N H I A D E

Saneamento Básico

No. Documento Fatura tipo CDS0000000-2

Data Emissão 14/04/2026

FATURAMENTO

Insc. Estadual: 00000000 Hidrômetro: ABC000000

NOME DO CONSUMIDOR End: Rua/Avenida, nº- xxx - Bairro - Município - Estado. CEP 00000-000 Economias: RES 1 Data da apresentação: 14/04/2026 Condição de leitura: LEITURA NORMAL Água

Leitura anterior 14/03/2026 - 603

Água

14/10/25 13R

Tipo de ligação: ÁGUA E ESGOTO

Próxima leitura: 15/05/2026

A.

Leitura atual 14/04/2026 - 615

Consumo (m3) 12,0

Período 31

Média (m3) 9,83

Histórico de Consumo (Emissão - consumo em m³) 14/11/25 11R

14/12/25 10R

13/01/26 4R

13/02/26 11R

Água

B.

(m³ x Nro. Econom.) De 0 até 10 De 11 até 20

(m³) Mínimo 1,67

Tarifa (R$) 3,27 5,13

14/03/26 9R

Esgoto Valor (R$) 33,80 8,57

(m³) Mínimo 1,67

Tarifa (R$) 3,27 5,13

42,37

Subtotal TOTAL (Vl. Água + Vl. Esgoto)

Valor (R$) 33,80 8,57 42,37 84,74

DISCRIMINAÇÃO DO FATURAMENTO

Água Esgoto T. de Regulação - 0,50

C.

Parâmetros Mínimo Exigido Amostras Realizadas Amostras Padrão

D.

Tributos PIS/PASEP e COFINS

42,37 42,37 0,42 Cor 085 087 087

Turbidez 085 087 087

Alíquota (%) 6,90

Cód. Fornecimento 99990000000

Representação de uma fatura de água.

85,16 26/04/2026

TOTAL VENCIMENTO Cloro 085 087 086

Coli. totais Escherichia Coli 085 085 087 087 087 087

Base de Cálculo 85,16

Data Emissão 14/04/2026

Vencimento 26/04/2026

Valor (R$) 5,87

Total 85,16

A. Consumo: é medido pelo hidrômetro em metros cúbicos​(​ ​m​​ 3​)​​– ​​1 m​​ 3​​ e corresponde a ​1 000 L ​de água.

B. Tabela tarifária: conjunto de

tarifas e regras determinadas pela companhia de água. Normalmente há uma classificação em categorias: residencial, comercial, industrial e pública; os valores estabelecidos para o consumo seguem uma tabela.

C. Parâmetros de qualidade: a fatura

também apresenta os parâmetros da água, que seguem padrões estipulados pelo Ministério da Saúde.

D. Tributos: por fim, na fatura de água constam os tributos federais PIS e COFINS. PIS é a abreviação de Programa de Integração Social, e o valor arrecadado é destinado às verbas que mantêm o seguro-desemprego e o abono salarial dos trabalhadores. Já COFINS, ou Contribuição para Financiamento da Seguridade Social, destina-se à manutenção de gastos com a seguridade social e saúde pública do Brasil. Na fatura que estamos analisando, a porcentagem de PIS e COFINS é de 6,9% do valor integral da conta, ou seja, do somatório de água e esgoto.

Conhecer a fatura de água é importante para incentivar o uso consciente e sustentável d) Resposta desse recurso natural e evitar o desperdício, a fim de garantir sua disponibilidade para o futuro. pessoal. A depende Além disso, evitar o desperdício de água é importante para uma gestão financeira, visto que, resposta da quantidade de ao reduzir o consumo, não apenas contribuímos para a conservação dos recursos hídricos, mas água consumida e das faixas de também percebemos uma economia significativa na fatura. consumo d ) Com base em uma fatura de água da sua moradia, localize a faixa de consumo atingida.

estabelecidas pela companhia e ) De acordo com a Organização das Nações Unidas, o consumo médio de água esperado de água de cada região.

por pessoa durante um mês corresponde a 3,3 mil litros. Com base em sua fatura, determine, aproximadamente, a média de consumo de cada pessoa da sua moradia durante um mês. Você considera esse volume alto? Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes dividam o volume de água

consumida no mês pela quantidade de pessoas da moradia e o comparem com o valor estabelecido pela ONU.

f ) Você acredita ser possível adotar medidas para diminuir o consumo de água em sua moradia e diminuir o valor total da fatura? Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes reflitam sobre medidas de economia de água que possam ser adotadas por eles e seus familiares.

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PRÁTICA CIENTÍFICA

Imagens desta página sem proporção e em cores fantasia.

New Africa/Shutterstock.com

Separação de misturas Por dentro do contexto Podemos encontrar diversas misturas homogêneas e heterogêneas em nosso cotidiano. O vinagre, por exemplo, utilizado para temperar alimentos, é uma mistura de água e ácido etanoico, também conhecido como ácido acético. Nesse caso, temos uma mistura homogênea. Por outro lado, ao preparar um tempero para salada com vinagre e azeite, temos uma mistura heterogênea, pois os componentes são imiscíveis e formam diferentes fases.

Mistura de azeite e aceto balsâmico sendo preparada.

Ilustrações: Heloísa Pintarelli/Arquivo da editora

a ) Considerando a situação a seguir, que apresenta um dos procedimentos do tratamento de água, formule hipóteses sobre a segurança de consumir a água obtida no final da etapa.

Mistura antes de adicionar floculante.

Materiais

Impurezas se aglomerando.

Sedimentos no fundo do copo.

a) Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes analisem a imagem e identifiquem que o procedimento separou apenas partículas insolúveis da amostra de água, e que, portanto, ela ainda pode conter microrganismos e outras impurezas que a tornam insegura para consumo.

• 2 colheres de sopa de sal de cozinha

• colher de sopa

• 2 colheres de sopa de serragem de madeira

• peneira

• 2 colheres de sopa de areia de construção

• filtro de papel

• alguns clipes metálicos

• apoio para filtro

• algumas pedras de construção

• 10 colheres de sopa de água

• caneta permanente

• ímã

• recipiente grande, como uma bacia

• copos plásticos de ​200 mL​ material retido na peneira

Como proceder A. Identifique os copos plásticos com caneta permanente, numerando de 1 a 5. B. No recipiente grande, coloque todos os componentes da mistura e agite com o auxílio da colher. Os componentes da mistura correspondem aos 5 primeiros itens listados na seção Materiais. C. Passe a mistura na peneira e reserve o que foi peneirado no copo plástico identificado como 1. No copo plástico 2, reserve a amostra que ficou retida na peneira.

material peneirado Imagem referente à etapa C.

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D. Em seguida, passe o ímã em torno da mistura contida no copo 2. Separe todo material que é atraído pelo ímã e coloque no copo 3.

Imagem sem proporção e em cores fantasia.

Heloísa Pintarelli/ Arquivo da editora

E. Na amostra do copo 2, colete as pedras e reserve-as no copo identificado como 4. Se necessário, agite o copo para melhorar a visualização de todas as pedras.

UNIDADE

1

Imagem referente à etapa D.

F. Adicione 10 colheres de sopa de água no copo 1 e misture bem. G. Passe essa mistura no filtro de papel e coloque o que foi filtrado no copo 5. O material que ficou retido volta para o copo 1. H. Deixe o copo 5 em local exposto à luz solar e protegido de possíveis interferências. Aguarde alguns dias até restar apenas o sólido. Dica Quanto maior a temperatura do copo 5, mais rápida a última etapa do processo (H) acontecerá.

Análise e divulgação Respostas e comentários nas Orientações para o professor. 1. Esboce em seu caderno um fluxograma com todos os métodos de separação e os componentes das misturas em cada etapa.

2. Qual componente é encontrado dentro de cada copo no final de todas as etapas da prática? Organize essas informações em seu caderno, conforme o modelo a seguir. Material em cada copo Copo

Material

1 2 3 4 5

3. De acordo com suas observações, houve a formação de misturas homogêneas? E misturas heterogêneas?

4. É possível fazer as etapas de separação desta atividade prática em ordem diferente? Se sim, descreva em seu caderno.

5. Proponha pelo menos um procedimento de separação diferente, descreva as etapas e monte um fluxograma. Se necessário, pesquise para complementar a resposta.

6. É hora de divulgar os resultados! Para isso, faça uma publicação em um blog contando os re-

sultados do experimento. Você pode fazer isso desenhando à mão, por exemplo, cada etapa da seção prática e escaneando os desenhos. Se preferir, tire fotografias de cada passo executado durante a aula e faça uma postagem. Aproveite para pesquisar outros exemplos em que são empregados diferentes processos de separação de misturas, relacionando-os a procedimentos realizados no dia a dia.

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1. Leia o texto a seguir, sobre tratamento de água. O primeiro filtro de areia para tratar a água para consumo humano documentado é a instalação experimental do engenheiro escocês John Gibb (1776-1850), em 1804. Essa metodologia foi melhorada por empresas privadas, o que levou à primeira instalação de tratamento de água pública para fornecimento aos residentes da região, em 1829, em Londres. Nesse método, a maioria das partículas era retida na areia e contribuía para diminuir o odor da água. Na Alemanha, em 1893, foram feitas as primeiras tentativas de cloração, porém só em 1905, na Inglaterra, é que a água para abastecimento da população começou a ser clorada de forma permanente, pois o consumo de água contaminada havia causado uma epidemia de febre tifoide.

a ) Qual é o método de separação abordado no primeiro parágrafo do texto? Resposta: Filtração. b ) De acordo com as informações apresentadas no texto, o método mencionado no primeiro parágrafo foi suficiente para garantir a qualidade da água em Londres? c ) O método citado no item a pode ser utilizado para separar que tipo de resíduos (solúveis ou insolúveis) da água a ser tratada? Justifique sua resposta. d ) Atualmente, que outras técnicas de separação de misturas ajudam na adequação da qualidade da água para uso e consumo humano? e ) Qual é a importância da adição de cloro à água tratada?

1. b) Resposta: Não, pois a filtração em camadas NÃO ESCREVA NO LIVRO. de areia não era capaz de eliminar alguns microrganismos, como os causadores da febre tifoide.

4. Chá é uma bebida preparada por infusão feita

com folhas de diversas plantas, geralmente utilizando água quente. Quando preparamos um chá, como mostra a fotografia, ocorrem processos físicos de separação de substâncias. Resposta: Alternativa c. Comentários nas Orientações para o professor. gresei/Shutterstock.com

ATIVIDADES

Chá em saquinho sendo preparado em água quente.

Em ordem de acontecimento, quais são esses processos? a ) Filtração e dissolução. b ) Filtração e extração. c ) Extração e filtração.

1. c) Resposta: Resíduos insolúveis em água, pois a filtração separa misturas heterogêneas.

d ) Extração e decantação. e ) Dissolução e decantação.

5. Qual dos processos a seguir não faz parte das etapas de uma ETA? Resposta: Alternativa c. a ) Decantação. b ) Flotação. c ) Destilação. d ) Filtração. e ) Cloração.

Comentários nas Orientações para o professor.

1. d) Resposta: Espera-se que os estudantes citem, além da filtração, o peneiramento, a floculação e a decantação. 1. e) Resposta: O cloro elimina microrganismos causadores de doenças.

6. Qual etapa do processo de tratamento de água

f ) Quais são as diferenças dos processos relatados no texto com a tecnologia de tratamento de água usada hoje em dia?

e de esgoto tem a densidade das partículas como fator determinante? Explique como ocorre essa etapa.

2. Expressões idiomáticas são conjuntos de pala-

7. Para o preparo de macarrão cozido, são adi-

vras que expressam significados diferentes dos literais. “Procurar agulha no palheiro”, por exemplo, é uma expressão utilizada para se referir a algo ou alguém muito difícil ou impossível de ser encontrado.

cionados os seguintes itens em uma panela: água, sal, óleo e macarrão cru. Proponha um processo que possibilite separar cada um desnas Orientações ses componentes. Resposta para o professor.

saruntorn chotchitima/Shutterstock.com

1. f ) Resposta nas Orientações para o professor.

Em uma situação real, que método(s) poderia(m) ser utilizado(s) para separar uma agulha metálica de palhas? Justifique sua resposta. Resposta nas Orientações para o professor.

3. O tratamento de água para uso humano é feito em Estações de Tratamento de Água (ETA), e em uma das etapas do tratamento o líquido atravessa espessas camadas de areia. Qual é o nome do processo físico de separação? Resposta: Filtração.

Panela contendo água, sal, óleo e macarrão.

6. Resposta: A decantação é um processo de separação de misturas que leva em conta a densidade das partículas como fator determinante, pois a separação ocorre por ação da gravidade.

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8. A coluna de fracionamento presente na destilação fracionada tem seu funcionamento baseado em duas

Temperatura de ebulição asfalto/piche ​>​ óleos lubrificantes ​>​ ​​​>​diesel ​​​>​ querosene ​>​ gasolina ​>​ ​​ ​>​gás liquefeito de petróleo

Heloísa Pintarelli/Arquivo da editora

propriedades das substâncias: a densidade e a temperatura de ebulição.

petróleo bruto

II. III. IV.

I.

Resposta: Para responder a esta questão, os estudantes Imagem sem proporção têm de lembrar que o e em cores fantasia. estado físico do composto está relacionado às temperaturas de fusão e ebulição. Gases têm temperatura de ebulição menores que líquidos, e estes por sua vez têm temperaturas de ebulição menores que sólidos. Na coluna de fracionamento, as temperaturas mais elevadas de ebulição estão relacionadas com produtos recolhidos na base da coluna, e as mais baixas, com o topo da coluna. I - asfalto; II - gás de cozinha; III - gasolina; IV - querosene. Comentários nas Orientações para o professor.

UNIDADE

1

Coluna de fracionamento.

Sabendo que gás de cozinha, gasolina, querosene e asfalto são produtos da destilação fracionada do petróleo, relacione-os com os produtos recolhidos em I, II, III e IV.

9. Considerando um sistema formado por uma substância composta e duas substâncias simples distintas, responda aos itens a seguir.

a ) Represente o sistema microscópico por meio de moléculas formadas por bolinhas com diferentes cores. b ) Faça uma representação macroscópica considerando que todas as substâncias são líquidas e que elas formam uma mistura heterogênea. 9. a) Resposta: Deve-se representar uma molécula com pelo menos duas esferas de cores diferentes e duas moléculas formadas por esferas de mesma cor, porém as duas últimas devem ter cores diferentes entre si. 9. b) Resposta: Deve-se representar uma mistura com duas fases, uma vez que o sistema é heterogêneo. Comentários nas Orientações para o professor.

RETOME O QUE ESTUDOU Respostas nas Orientações para o professor.

Refletindo sobre o que estudou nesta unidade, responda às questões a seguir.

1. Qual é a diferença entre o senso comum e o conhecimento científico? 2. Antes da instituição da química como ciência, havia os alquimistas, responsáveis por tentar atingir grandes

feitos, como a transformação de metais em ouro. Qual foi a contribuição dessas figuras históricas para o nascimento da química?

3. Imagine que você vai até a farmácia comprar um remédio para um familiar. Enquanto aguarda ser atendido, você escuta um cliente perguntando para uma funcionária onde estava a balança da loja, pois queria saber o peso dele. O visor da balança apresentaria o dado mencionado pelo cliente? Explique qual seria o termo mais adequado nesse contexto.

4. Uma das grandes preocupações que o ser humano enfrenta nos tempos atuais é o aquecimento global. Esse

fenômeno é, resumidamente, o agravamento do efeito estufa. Explique com suas palavras o que é o efeito estufa e comente como ocorre a troca de energia entre o Sol e o planeta Terra.

5. O astrônomo estadunidense Carl Sagan (1934-1996) afirmou certa vez que todos somos poeiras de estrelas. Explique o que essa frase significa.

6. Comente a respeito das contribuições do experimento do físico neozelandês Ernest Rutherford (1871-1937) para a compreensão da estrutura do átomo e explique o seu modelo.

7. A tabela periódica é dividida em metais, ametais, gases nobres e hidrogênio. Descreva as principais características dos elementos químicos em cada uma dessas divisões da tabela periódica.

8. Analisando os diferentes modelos atômicos e a evolução da tabela periódica, o que você pode perceber e correlacionar sobre o átomo e essa tabela?

9. É possível fazer um creme de maionese com óleo ou azeite, ovos e sal de cozinha. Como você constataria que essa mistura se trata de um coloide? Indique se as fases são sólidas, líquidas ou gasosas.

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MAIS QUESTÕES

NÃO ESCREVA NO LIVRO.

1. (UFAM) Os alquimistas eram os cientistas que utilizaram os procedimentos de alquimia. Qual cientista famoso também foi um alquimista? a ) Freeman Dyson

Resposta: Alternativa c.

a ) alumínio.

d ) ferro.

b ) bronze.

e ) titânio.

Alternativa b. Resolução nas c ) chumbo. Resposta: Orientações para o professor.

b ) Johannes Kepler

Note e adote:

c ) Isaac Newton

Densidades (​​​ ​​g/​cm​​ 3​​)​​​​:

​água = ​1,0​; ​alumínio = ​2,7​; ​bronze = ​8,8​;

d ) Le Chatelier

​chumbo = ​11,3​; ​ferro = ​7,9​; ​titânio = ​4,5​.

e ) Richard Bube

2. (UECE) Marie-Anne Pierrete Paulze de Lavoisier (1758-1836), colaboradora de Lavoisier, seu esposo, teve lições de química com Jean-Batiste Bucquet, desenhou seus equipamentos de laboratório e traduziu do inglês e do latim livros que possibilitaram a desconstrução da teoria a ) da força vital.

Resposta: Alternativa d.

identificar alguns cátions metálicos ao introduzir uma pequena quantidade do material de interesse em uma chama de bico de Bunsen para, em seguida, observar a cor da luz emitida. A cor observada é proveniente da emissão de radiação eletromagnética ao ocorrer a Resposta: Alternativa d.

a ) mudança da fase sólida para a fase líquida do elemento metálico.

b ) da colisão. c ) do calórico.

b ) combustão dos cátions metálicos provocada pelas moléculas de oxigênio da atmosfera.

d ) do flogisto.

3. (Fuvest-SP) Uma amostra sólida, sem cavidades

ou poros, poderia ser constituída por um dos seguintes materiais metálicos: alumínio, bronze, chumbo, ferro ou titânio. Para identificá‐la, utilizou‐se uma balança, um recipiente de volume constante e água. Efetuaram‐se as seguintes operações: 1) pesou‐se a amostra; 2) pesou‐se o recipiente completamente cheio de água; 3) colocou‐se a amostra no recipiente vazio, completando seu volume com água e determinou‐se a massa desse conjunto. Os resultados obtidos foram os seguintes: Recipiente

Amostra

4. (Enem/MEC) Um teste de laboratório permite

Recipiente

​+​

​+​

Água

Água

c ) diminuição da energia cinética dos elétrons em uma mesma órbita na eletrosfera atômica. d ) transição eletrônica de um nível mais externo para outro mais interno na eletrosfera atômica. e ) promoção dos elétrons que se encontram no estado fundamental de energia para níveis mais energéticos.

5. (UFRGS-RS) O Brasil concentra 9​ 8%​das reservas

conhecidas de nióbio no mundo. O nióbio é muito utilizado na produção de aços especiais, que apresentam alta resistência mecânica e são usados na fabricação de dutos para óleo e gás, automóveis, navios, pontes e viadutos. Considere as afirmações abaixo, sobre esse elemento químico.

+

I ) Está localizado no Grupo 10 e no quarto período da tabela periódica.

Amostra

FUVEST/2019

II ) Apresenta em um de seus isótopos, 41 prótons e 52 nêutrons no núcleo atômico.

​44,0 g​

​350,0 g​

​389,0 g​

Dadas as densidades da água e dos metais, pode‐se concluir que a amostra desconhecida é constituída de

III ) Pode ser classificado como um lantanídeo. Quais estão corretas? Resposta: Alternativa b. a ) Apenas I. b ) Apenas II. c ) Apenas III. d ) Apenas I e II. e ) I, II e III.

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NÃO ESCREVA NO LIVRO.

6. (Unesp) Estudos sobre modelos atômicos foram fundamentais para o desenvolvimento da Química como

ciência. Por volta de 450 a.C., os filósofos gregos Leucipo e Demócrito construíram a hipótese de que o mundo e, em consequência, a matéria eram constituídos a partir de unidades idênticas e indivisíveis, chamadas átomos. Contudo, foi somente a partir do século XIX que a realização de experimentos tornou possível a comprovação de hipóteses desenvolvidas ao longo do tempo. Um dos primeiros modelos aceitos foi criado por John Dalton, apresentado em um livro de sua autoria, publicado em 1808. Anos depois, outros dois principais modelos foram desenvolvidos, até que, em 1913, o físico Niels Bohr publicou um livro com sua teoria sobre o modelo atômico. Tomando como referências as datas de publicação dos trabalhos de Dalton e Bohr, a linha do tempo que apresenta os fatos históricos do desenvolvimento do modelo atômico, com espaço proporcional à distância de tempo entre eles, é: Thomson Dalton Rutherford Bohr

a) Leucipo e Demócrito

1808

b)

Dalton Leucipo e Demócrito

Rutherford Thomson Bohr 1808

c)

Dalton Leucipo e Demócrito

1913

1913

Rutherford Thomson Bohr 1808

1913

Thomson Dalton Rutherford Bohr Leucipo e Demócrito

1808

e)

Dalton Leucipo e Demócrito

1913

Rutherford Thomson Bohr 1808

1913

Imagens: UNESP/2020

d)

Resposta: Alternativa e.

7. (UECE) A distribuição eletrônica diz respeito ao modo como os elétrons estão distribuídos nas camadas ou

níveis de energia que ficam ao redor do núcleo de um átomo. Considere um átomo que possui, em um nível energético, os subníveis s, p, d, f assim distribuídos: I ) O subnível “s” contém o número máximo de elétrons. II ) O subnível “p” contém o triplo do número de elétrons do subnível “s”. III ) O subnível “d” contém o número x​ ​+ ​4​ de elétrons, onde x​ ​é o número de elétrons que contém o subnível “p”. IV ) O subnível “f” contém menos 3 elétrons do número de elétrons que contém o subnível “d”. De acordo com a distribuição acima apresentada, é correto afirmar que o número total de elétrons deste nível energético é Resposta: Alternativa c. Resolução nas Orientações para o professor. a ) 26.

b ) 23.

c ) 25.

d ) 24.

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NÃO ESCREVA NO LIVRO.

8. (UECE) Efetuou-se a configuração eletrônica, em seu estado fundamental, de determinado elemento químico, cujos dados foram: ​nível 1 = completo​; ​nível 2 = completo​; ​nível 3 = completo​; ​nível 4 = 18 elétrons​; ​nível 5 = 6 elétrons​. Assim, é correto afirmar que esse elemento quíAlternativa b. Resolução mico é o Resposta: nas Orientações para o professor. a ) ​Sn (​​ Z ​= ​50) ​​​. b ) ​Te (​​ Z ​= ​52) ​​​.

c ) ​Sb (​​ Z ​= ​51) ​​​. d ) ​I (​​ Z ​= ​53) ​​​.

9. (Enem/MEC) O urânio é empregado como fonte de energia em reatores nucleares. Para tanto, o seu mineral deve ser refinado, convertido a hexafluoreto de urânio e posteriormente enriquecido, para aumentar de 0,7% a 3% a abundância de um isótopo específico – o urânio-235. Uma das formas de enriquecimento utiliza a pequena diferença de massa entre os hexafluoretos de urânio-235 e urânio-238 para separá-los por efusão, precedida pela vaporização. Esses vapores devem efundir repetidamente milhares de vezes através de barreiras porosas formadas por telas com grande número de pequenos orifícios. No entanto, devido à complexidade e à grande quantidade de energia envolvia, cientistas e engenheiros continuam a pesquisar procedimentos alternativos de enriquecimento. ATKINS, P.; JONES, L. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. Porto Alegre: Bookman, 2006 (adaptado).

Considerando a diferença de massa mencionada entre os dois isótopos, que tipo de procedimento alternativo ao da efusão pode ser empregado para tal finalidade? Resposta: Alternativa b. a ) Peneiração. b ) Centrifugação. c ) Extração por solvente. d ) Destilação fracionada. e ) Separação magnética.

10. (UFSC) A criação da tabela periódica dos elementos data de meados do século XIX e foi iniciada pelo químico Dmitri Mendeleev. Desde então, novos elementos foram descobertos e a tabela passou por diversas atualizações até chegar ao formato conhecido atualmente, com os elementos arranjados em “grupos” (colunas) e “períodos” (linhas). Sobre os elementos químicos e suas propriedades, é correto afirmar que: 01 ) os metais, que são constituintes de itens cotidianos que incluem desde panelas até

aviões, encontram-se concentrados nos dois últimos grupos da tabela periódica e são conhecidos por sua baixa estabilidade térmica. 02 ) embora a maioria dos metais da tabela periódica esteja no estado líquido à temperatura ambiente, a conversão para o estado sólido, conhecida como “fusão”, é possível por meio do aumento da temperatura do metal. 04 ) diversos elementos da tabela periódica são classificados como sintéticos, ou seja, não são encontrados na natureza, mas podem ser produzidos por reações nucleares em laboratório. 08 ) o cálcio, que é um importante constituinte de ossos e dentes, é classificado como não metal e, por isso, solúvel em meios alcalinos, o que justifica a recomendação de evitar a ingestão de açúcares pelos seres humanos. 16 ) os gases nobres, que constituem o grupo 18 da tabela periódica, são conhecidos pela elevada reatividade, o que os torna essenciais nos processos metabólicos do corpo humano. 32 ) a molécula de oxigênio, que é essencial à vida humana, é formada por átomos de um não metal que se unem por meio de ligações covalentes. 64 ) a distribuição em grupos dos elementos na tabela periódica é feita com base na semelhança de estado físico e na ordem crescente de número de massa. Resposta: Soma: ​04 ​+ ​32 ​= ​36​.

11. (UECE) Uma mistura constituída por 62% de estanho e 38% de chumbo tem ponto de fusão definido igual a 1 ​ 83 °C​. Essa mistura é classificada como Resposta: Alternativa d. a ) heterogênea e eutética. b ) homogênea e azeotrópica. c ) heterogênea e azeotrópica. d ) homogênea e eutética.

12. (Enem/MEC) Em seu laboratório, um técnico em química foi incumbido de tratar um resíduo, evitando seu descarte direto no meio ambiente. Ao encontrar o frasco, observou a seguinte informação: “Resíduo: mistura de acetato de etila e água”. Considere os dados do acetato de etila: • Baixa solubilidade em água; • ​Massa específica = ​0,9 g ​cm​​ −3​​; • ​Temperatura de fusão = ​− 83 °C​; • Pressão de vapor maior que a da água.

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NÃO ESCREVA NO LIVRO.

A fim de tratar o resíduo, recuperando o acetato de etila, o técnico deve a ) evaporar o acetato de etila sem alterar o conteúdo de água. b ) filtrar a mistura utilizando um funil comum e um papel de filtro. c ) realizar uma destilação simples para separar a água do acetato de etila. d ) proceder a uma centrifugação da mistura para remover o acetato de etila. e ) decantar a mistura separando os dois componentes em um funil adequado. Resposta: Alternativa e.

13. (Fuvest-SP) A destilação é um processo utilizado para separar compostos presentes em uma mistura com base nas suas propriedades físicas como, por exemplo, a diferença de temperatura de ebulição, a uma dada pressão, entre os componentes da mistura. Recentemente esse termo passou a figurar em estudos de poluição ambiental, nos quais o termo “destilação global” é utilizado para explicar a presença de compostos voláteis, como os pesticidas organoclorados, em águas e gelos de regiões polares, ainda que estes compostos nunca tenham sido produzidos ou utilizados nessas regiões. Com base no princípio da técnica da destilação, como pode ser explicada a presença desses pesticidas na Antártica e no Ártico? Resposta: Alternativa b.

a ) Eles são destilados nas águas aquecidas dos oceanos e levados pelas correntes marinhas para as regiões polares, onde se precipitam devido às águas frias dessas regiões. b ) Eles evaporam nas regiões mais quentes e são levados pelas correntes atmosféricas para regiões mais frias como os polos, onde se condensam e voltam para a superfície. c ) Após destilados, eles se tornam resistentes à degradação, de forma que alcançam todo o planeta, pela ação de correntes marinhas, inclusive as regiões polares. d ) Os pesticidas organoclorados destilados, por conta da eletronegatividade dos átomos de cloro, têm afinidade com o gelo, o que faz com que eles se acumulem na Antártica ou no Ártico. e ) Por serem hidrofílicos, eles são condensados juntamente com a água nas regiões quentes do planeta e se precipitam nos polos juntamente com o gelo.

14. (Unesp) Considere o seguinte procedimento, realizado para a obtenção de óleo de amendoim em pequena escala. 1. Remover as cascas e as peles dos grãos de amendoim. 2. Transferir os grãos para um almofariz, acrescentar etanol e triturar bem com um pistilo. 3. Coar a mistura do almofariz, recolhendo o líquido coado em um prato. 4. Deixar o prato exposto ao ambiente até que o etanol evapore completamente. 5. Recolher, com uma seringa, o óleo de amendoim que restou no prato. A trituração dos grãos favorece a dissolução do óleo no etanol, pois ■ a superfície de contato, tornando o processo de separação de misturas, chamado ■, mais rápido. A separação da mistura do óleo com o álcool é possível porque o etanol possui maior ■ do que o óleo. As lacunas do texto são preenchidas, respectivamente, por: a ) diminui – extração com solvente – pressão de vapor. b ) aumenta – extração com solvente – temperatura de ebulição. c ) aumenta – extração com solvente – pressão de vapor. d ) aumenta – filtração – temperatura de ebulição. e ) diminui – filtração – pressão de vapor. Resposta: Alternativa c.

15. (Enem/MEC) A água bruta coletada de mananciais apresenta alto índice de sólidos suspensos, o que a deixa com um aspecto turvo. Para se obter uma água límpida e potável, ela deve passar por um processo de purificação numa estação de tratamento de água. Nesse processo, as principais etapas são, nesta ordem: coagulação, decantação, filtração, desinfecção e fluoretação. Qual é a etapa de retirada de grande parte desses sólidos? a ) Coagulação. b ) Decantação. c ) Filtração. d ) Desinfecção. e ) Fluoretação.

Resposta: Alternativa b.

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2 UNIDADE

A QUÍMICA E A VIDA NA TERRA

Nesta unidade, vamos estudar... • ligações químicas; • interações intermoleculares; • compostos orgânicos; • funções orgânicas.

Analisando a imagem do modelo de DNA do geneticista estadunidense James Watson (1928-) e do biofísico inglês Francis Crick (1916-2004), você consegue imaginar o impacto dessa descoberta na compreensão da vida? Essa estrutura complexa é fundamental para armazenar e transmitir informações genéticas em todos os organismos vivos. O modelo criado pelos cientistas foi elaborado por meio da análise de imagens de difração de raios X, que possibilitaram identificar as posições de diferentes átomos presentes na molécula de DNA. Os modelos representacionais podem ser utilizados para analisar muitos aspectos da química. Com base no modelo da molécula de DNA, por exemplo, é possível representar a disposição de diversos tipos de átomos presentes nessa molécula e as diferentes porções repetitivas que formam sua estrutura. Além dos tipos e grupos de átomos, essa representação permite distinguir o tipo de interação que ocorre entre eles. Cada haste do modelo representa uma ligação química entre átomos, e as duas “hélices” são mantidas unidas por meio de interação intermolecular entre eles. O conhecimento dessas interações é fundamental para compreender o processo de replicação e transcrição do DNA, que permite que as fitas se separem e recombinem facilmente. Nesta unidade, vamos estudar os tipos de interações químicas que ocorrem entre átomos e moléculas e as substâncias formadas principalmente por átomos de carbono e hidrogênio. Respostas nas Orientações para o professor.

a ) Como você acha que o estudo das interações químicas contribui para compreender a dinâmica da vida na Terra? b ) O estudo da Química está presente em diversas áreas. Discuta com seus colegas como os estudos relacionados à interação dos átomos podem refletir na sociedade. c ) Como as representações utilizadas pelos cientistas podem ajudar no entendimento da matéria e de seu comportamento?

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A. Barrington Brown, © Gonville & Caius College/SPL/Fotoarena

James Watson e Francis Crick ao lado do modelo de uma parte da molécula de DNA, em 1951.

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CAPÍTULO

6

A união dos átomos

Ligações químicas

Imagens desta página sem proporção.

1. Resposta pessoal. Esta questão tem o objetivo de fazer os estudantes expressarem seus conhecimentos prévios sobre ligações químicas. Eles podem responder que os átomos se unem por meio de ligações químicas estabelecidas entre os elétrons de seus últimos níveis de energia.

1. De acordo com seus conhecimentos, como os átomos se unem?

Ao longo do processo de evolução do Universo, após o início da expansão, houve a formação de átomos, que se espalharam pelo espaço. Condições específicas de temperatura, pressão e força gravitacional possibilitaram que os átomos de elementos químicos se aglutinassem em amontoados sólidos, dando origem aos planetas, como a Terra. Com o resfriamento gradual da Terra, os elementos mais pesados, como ferro (​​ Fe)​​ e níquel ​​(Ni)​​, concentraram-se em seu núcleo, e os elementos mais leves se acumularam no manto e na superfície.

Feldspato. Esse mineral corresponde a um grupo de silicatos diversos formados principalmente de alumínio, sódio, potássio (​​ K)​​ e cálcio.

Calcita. Esse mineral é constituído por carbonato de cálcio (​​ ​CaCO​3​​)​​.

Silicatos: minerais que contêm átomos de silício e de oxigênio. Óxidos: compostos químicos binários que contêm, obrigatoriamente, o elemento oxigênio.

fotoecho_com/Shutterstock.com

Natural History Museum, London/SPL/Fotoarena

Science Stock Photography/SPL/Fotoarena

O manto terrestre é composto principalmente de silicatos de magnésio (​​ Mg)​​ e de ferro; a crosta é mais diversificada, contando com silicatos e óxidos de metais (alumínio ​​(A𝓁) ​​, ferro, cálcio (​​ Ca)​​, sódio (​​ Na)​​ e outros). Muitos minerais, quando devidamente tratados, dão origem a metais de interesse econômico. Confira a seguir alguns dos minerais mais comuns da crosta terrestre.

Quartzo. Esse mineral, também chamado de sílica, é composto em maior parte de silício (​​ Si)​​ e oxigênio ​​(O)​​, na forma de dióxido de silício ​​(​SiO​2​​)​​.

Mais de uma centena de elementos químicos estão previstos na tabela periódica. Os átomos desses elementos não se encontram isolados, mas sim combinados entre si formando diversos compostos. Por exemplo, a água (​​ ​H​2​​ O)​​, um recurso essencial para a vida na Terra, é formada pela união de átomos de oxigênio e de hidrogênio (​​ H)​​. Um átomo pode se unir a outro ou a outros átomos por meio de ligações químicas. Essas ligações podem ser fortes (primárias) ou fracas (secundárias). Há três tipos principais de ligações químicas fortes: a iônica, a covalente e a metálica. Começaremos estudando a ligação iônica.

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LIGADO NO TEMA Consumo consciente Leia os trechos das reportagens a seguir.

Influenciador digital é o responsável por 40% das compras feitas pelo consumidor brasileiro […] Em 2021, o Brasil superou a China e assumiu o posto de país em que o público consumidor é o mais impactado pela influência digital. […] CAPOMACCIO, Sandra. Influenciador digital é o responsável por 40% das compras feitas pelo consumidor brasileiro. Jornal da USP, 17 ago. 2021. Disponível em: https://jornal.usp.br/atualidades/influenciador-digital-e -o-responsavel-por-40-das-compras-feitas-pelo-consumidor-brasileiro/. Acesso em: 12 ago. 2024.

Pesquisa mostra que 44% das compras pela internet são por impulso […] Segundo o levantamento, os produtos e serviços mais comprados por impulso são: comidas e bebidas por delivery, moda e vestuário, itens para a casa, eletrônicos e artigos de informática. COSTA, Kariane. Pesquisa mostra que 44% das compras pela internet são por impulso. Agência Brasil, 2021. Disponível em: https://agenciabrasil. ebc.com.br/it/node/1424205. Acesso em: 12 ago. 2024.

Você costuma consumir por impulso? Já comprou alguma coisa por causa de uma propaganda? Você precisa realmente de tudo o que já comprou ou quer comprar? O consumo consciente é extremamente relevante na atualidade, pois, além de muitos objetos serem descartados incorretamente – muitas vezes, até antes de perderem sua função –, a quantidade de matéria-prima extraída da natureza para sua construção é muito alta. E o problema vai da produção ao descarte. Você sabe quantos elementos químicos estão envolvidos na produção de aparelhos eletrônicos? Muitos aparelhos têm ouro (​​ Au)​​, prata ​​(Ag)​​, cobre ​​(Cu)​​ e mais um bocado de outros metais, e nenhum deles é encontrado pronto para uso. O cobre, por exemplo, é extraído da calcopirita e utilizado em materiais que precisam apresentar boa condução de calor e eletricidade.

Dmitriy Kazitsyn/Shutterstock.com

joelpc/Shutterstock.com

Imagens desta página sem proporção.

Amostra de calcopirita.

Fios de cobre.

O consumo consciente diminui não apenas a necessidade de extrair matéria-prima do ambiente, mas também a demanda por processos de separação dos compostos. Por isso, essa temática vem sendo discutida e é um dos objetivos da Agenda 2030, que prevê padrões de consumo e de produção sustentáveis. a ) Junte-se a um colega para pesquisar qual objetivo da Agenda 2030 está relacionado ao consumo responsável e listem quais são as principais atitudes desse objetivo que podem ser adotadas pelos consumidores. Resposta: Espera-se que os estudantes localizem que se trata do Objetivo 12 – Consumo e produção responsáveis.

Entre as principais atitudes que podem ser praticadas pelos consumidores, eles podem mencionar a redução do desperdício de alimentos; a redução da geração de resíduos por meio da prevenção, redução, reciclagem e reúso dos materiais; ajudar a compartilhar informações sobre a conscientização e o estilo de vida em harmonia com a natureza.

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Ligação iônica mitsuap/Shutterstock.com

A principal fonte de obtenção de ferro no Brasil é a hematita, mineral encontrado em formações rochosas próximas à água ou em ambientes onde havia água no passado remoto. A hematita é composta de óxido de ferro(III) ​​(​Fe​2​​ ​O​3​​)​​, uma substância formada pela união de dois átomos de ferro e três átomos de oxigênio em suas respectivas formas iônicas (​​ ​Fe​​ 3+)​​​ e (​​ ​O​​ 2−)​​​.

2. Resposta pessoal. Os estudantes podem citar que o ferro pode estar presente em janelas, pregos, ferramentas, automóveis e trilhos de trem.

Hematita em estado bruto.

2. Cite algumas aplicações do ferro em objetos do seu dia a dia. Professor, professora: Diga aos estudantes que o ferro é o metal mais produzido no Brasil e também o mais comercializado, representando em 2021 cerca de 80,1% do valor total da produção de metais por mineração. Por causa do preço baixo, da alta dureza e da capacidade de formar ligas metálicas, é o metal mais utilizado na metalurgia e na construção civil.

Para atingir a estabilidade, os átomos doam ou recebem elétrons em sua última camada e, dessa forma, passam a ter carga elétrica diferente de zero. Essas espécies são chamadas de íons.

Um átomo que recebe elétrons passa a apresentar mais elétrons do que prótons em sua estrutura, adquirindo carga negativa. Nesse caso, o íon recebe o nome de ânion e é representado pelo símbolo do átomo seguido do número de elétrons que recebeu e o sinal de carga negativa. O ânion ​​O​​ 2−​​ da hematita, por exemplo, indica que o átomo de oxigênio recebeu dois elétrons. Já os átomos que doam elétrons adquirem carga positiva, pois passam a ter mais prótons do que elétrons em sua estrutura. Nesse caso, são chamamos de cátions, representados pelo símbolo do átomo seguido do número de elétrons perdidos Dica e o sinal de carga positiva. O cátion ​​Fe​​ 3+​​ da hematita indica que o átomo perdeu Nas ligações iônicas, os três elétrons e tem carga positiva. átomos tendem a se combinar A eletronegatividade está relacionada à capacidade de um átomo de atrair elétrons. Como a diferença de eletronegatividade entre o ferro e o oxigênio – sendo o oxigênio o mais eletronegativo – é elevada, dizemos que a ligação química é do tipo ligação iônica, ou seja, uma interação entre cátions e ânions.

de modo a ter oito elétrons na camada de valência, ficando com a mesma configuração eletrônica de um gás nobre. No entanto, há exceções à regra do octeto.

Professor, professora: Diga aos estudantes que a eletronegatividade do ferro (1,83) e a do oxigênio (3,44) resulta em uma diferença de 1,61.

Podemos compreender a ligação iônica como a força de atração entre dois íons, sendo um com carga positiva e outro com carga negativa. Há uma força eletrostática entre os íons que os mantém unidos. As estruturas de Lewis são uma forma de demonstrar os elementos químicos com os elétrons da camada de valência. Nesse caso, a ligação iônica é a atração eletrostática entre os átomos.

Fe Fe

O O

Fe

3 2

O

O

2 3

Note que são necessários dois átomos de ferro (que doam três elétrons cada um) e três átomos de oxigênio (que recebem dois elétrons cada um) para que a carga total seja nula.

Representação da estrutura de Lewis do óxido de ferro(III).

Os compostos iônicos formam retículos cristalinos, nos quais os íons se organizam em estruturas simétricas mantidas pela atração e repulsão de suas cargas. A proporção entre os íons é elucidada por meio da célula unitária. No caso do óxido de ferro(III), sua fórmula unitária é ​​Fe​2​​ ​O​3​​​, indicando que, para cada dois átomos de ferro (esfera vermelha), há três de oxigênio (esfera cinza). Analise sua estrutura cristalina na próxima página.

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Em uma fórmula unitária, o balanço de cargas positivas e negativas será sempre igual a zero, indicando que a estrutura é eletricamente neutra. Confira como isso acontece no caso do ​​Fe​2​​ ​O​3​​​.

UNIDADE

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Cynthia Sekiguchi/Arquivo da editora

​​2 átomos de ​Fe​​ 3+​= carga 6 ​+ (​​ ​​positiva​)​​​​ ​​3 átomos de ​O​​ 2−​= carga 6 ​− (​​ ​​negativa​)​​​​ ​​Total = ​carga 0 (​ ​​neutra​)​​​​ Quando há uma grande diferença de eletronegatividade entre os átomos envolvidos, geralmente entre um metal e outro ametal, ou metal e hidrogênio (hidreto metálico), nós os chamamos de compostos iônicos. Dica

Lembre-se de que podemos consultar a tabela periódica para avaliar as tendências da eletronegatividade dos elementos.

Representação da estrutura cristalina do ​​Fe​2​​ ​O​3​​​.

A ligação iônica é considerada forte, o que significa que necessita de muita energia para ser rompida. As energias de atração e repulsão entre os íons no retículo cristalino conferem resistência adicional ao composto químico. Isso faz que os compostos iônicos tenham altas temperaturas de fusão e de ebulição e sejam sólidos à temperatura ambiente, e são maus condutores de eletricidade no estado sólido, pois seus íons não têm mobilidade dentro do retículo cristalino. Porém, quando no estado líquido ou dissolvido em água, tornam-se bons condutores elétricos, já que seus íons passam a ter alta mobilidade.

Verifique como os compostos iônicos podem ter retículos cristalinos diferentes. Na estrutura apresentada, os átomos de cálcio estão representados em rosa e os de flúor (​​ F)​​, em verde. 3. Comente a importância de adicionar o fluoreto de cálcio no tratamento de água. Resposta: Espera-se que os estudantes comentem que esse composto ajuda na prevenção da cárie dentária.

Cloreto de sódio ​​(NaC𝓁) ​​: conhecido popularmente como sal de cozinha, é muito usado para temperar ou realçar o sabor dos alimentos. A principal forma de produzir ​NaC𝓁​ é por meio da evaporação da água do mar.

Representação do retículo cristalino do ​Ca​F​2​​​. Caio Pederneiras/Shutterstock.com

Fluoreto de cálcio ​​(Ca​F​2​​)​​: muito usado em cremes dentais e pode ser adicionado à água nas estações de tratamento, auxiliando na prevenção da cárie. Na natureza, o fluoreto de cálcio é encontrado no mineral fluorita.

Cynthia Sekiguchi/Arquivo da editora

Muitos materiais que usamos diariamente são compostos iônicos. Confira os exemplos do fluoreto de cálcio e cloreto de sódio a seguir.

4. Que problemas de saúde associados ao consumo de sal de cozinha você conhece? O que pode ser feito para evitá-los?

Resposta pessoal: O objetivo desta questão é levar os estudantes a refletir sobre os problemas de saúde, como a hipertensão Vista aérea de extração arterial. Espera-se que eles respondam que o consumo de sal no município de Galinhos (RN), em 2017. deve ser moderado.

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A extração de sal é uma atividade econômica fundamental em diversas regiões do mundo, inclusive no Nordeste brasileiro, realizada tanto por meio do processo de evaporação da água do mar, resultando no sal marinho, quanto da mineração de depósitos subterrâneos, originando o sal-gema. O sal-gema, ou halita, é retirado de depósitos subterrâneos formados em tempos geológicos passados. No Brasil, um exemplo é encontrado em Maceió (AL), onde sua extração causou graves problemas ambientais e sociais. Desde os anos 1970, a capital alagoana vem enfrentando tremores de terra e o afundamento de bairros inteiros por conta da intensa exploração de sal-gema. De acordo com imagens de satélites, estima-se que o solo afundou cerca de 2 metros entre 2004 e 2020. Em 2023, foi dado o alerta de risco de acordo pela Defesa Civil do estado, que, depois, foi considerada situação de emergência. Esse fenômeno resultou no êxodo urbano da região.

Imagem sem proporção e em cores fantasia.

injeção de água

casas e prédios afetados

Heloísa Pintarelli/Arquivo da editora

A extração de sal-gema afeta diretamente a estabilidade geológica da região. O processo de mineração cria cavernas e vazios subterrâneos que podem entrar em colapso com o tempo. A cidade de Maceió está localizada sobre camadas sedimentares, que, ao serem perfuradas e removidas, perdem a capacidade de suportar o peso das construções acima delas, resultando em danos significativos à infraestrutura urbana.

camadas de rochas

vazio subterrâneo

sal-gema

Representação das camadas sedimentares até chegar ao sal-gema.

Imagem elaborada com base em: SCHMIDT, Sarah. Vazios que rompem o chão. Pesquisa Fapesp, n. 335, jan. 2024. p. 48.

Para entender o impacto da extração de sal-gema, é essencial considerar a estrutura geológica da Terra. A crosta terrestre é composta de várias camadas sedimentares, que ao serem perfuradas podem resultar em desastres naturais, como os ocorridos em Maceió. Além disso, a exploração de sal-gema tem uma relevância histórica significativa. Na África Ocidental, essa foi uma das principais atividades econômicas até o século XVI, particularmente no Império de Mali. Em Tagaza, região desértica ao norte do Mali, havia uma grande mina de sal-gema. Este sal era tão valioso quanto o ouro e sua enorme abundância levava as pessoas a construir suas casas com placas desse sal. A extração de sal-gema destaca a importância desse recurso e os desafios associados a ele. Em Maceió, ocorreram sérios problemas ambientais e sociais, enquanto em Tagaza foi crucial para impulsionar sua economia.

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Professor, professora: Em geral, quando a diferença de eletronegatividade entre os dois átomos for maior ou igual a 1,70 e um dos átomos for um metal, a ligação será iônica. Se for menor do que 1,70, será covalente. Mas há exceções, por isso deve-se sempre verificar quais elementos estão envolvidos na ligação.

O quartzo, ou sílica, de fórmula unitária S​ i​O2​​​​ (dióxido de silício), é um dos minerais mais abundantes na crosta terrestre. Além de ser o principal componente da areia, ele está presente no arenito, um tipo de rocha bastante comum em ambientes marinhos, rios e lagos. A areia, por sua vez, tem grande importância econômica, pois é a principal matéria-prima na fabricação de vidros e concretos. A sílica corresponde a cerca de 70% da massa final do vidro e é responsável por conferir cor, claridade e resistência ao produto. A própria fórmula unitária e o próprio nome do dióxido de silício nos mostram que ele é composto de átomos de silício e átomos de oxigênio. Esses dois átomos têm eletronegatividades bastante próximas, portanto, ao contrário do que ocorre em ligações iônicas, não haverá doação de elétrons, mas sim um compartilhamento, o que caracteriza uma ligação covalente.

Alexei Novikov/Shutterstock.com

Ligação covalente

UNIDADE

2

Produção de objeto de vidro.

A seguir, temos as representações da estrutura de Lewis para o ​SiO​2​​​​​, em que o átomo de oxigênio possui 6 elétrons na camada de valência e o de silício, 4. O silício compartilha 4 elétrons, enquanto o oxigênio compartilha 2. Na segunda representação, cada traço simboliza um par de elétrons compartilhados. O

Si

O

O

Representação dos elétrons compartilhados na estrutura de Lewis.

Si

O

Representação das ligações formadas na estrutura de Lewis.

As ligações covalentes podem ser simples, duplas ou triplas, dependendo do número de pares de elétrons compartilhados. No caso do ​​SiO​2​​​, o átomo de silício faz uma ligação dupla com um átomo de oxigênio. A ligação covalente acontece principalmente entre um átomo de ametal e outro ametal, entre um ametal e o hidrogênio ou entre dois átomos de hidrogênio. Professor, professora: Certifique-se de que os estudantes identifiquem os elementos químicos ametais à direita na tabela periódica.

Cynthia Sekiguchi/Arquivo da editora

Os compostos formados por ligações covalentes podem se estruturar como retículos cristalinos de longo alcance, chamados sólidos covalentes ou reticulares, ou como moléculas simples, chamadas substâncias moleculares, ou apenas moléculas. Na representação do dióxido de silício a seguir – em que as esferas vermelhas representam átomos de oxigênio e as marrons, átomos de silício –, é apresentada apenas uma parte da sua estrutura. 5. Considerando que não há formação de íons na ligação covalente, esses compostos são maus ou bons condutores de eletricidade ao serem dissolvidos na água?

Resposta: Espera-se que os estudantes respondam que são maus condutores de eletricidade, pois não apresentam cargas.

A força da ligação covalente depende de diversos fatores, como da quantidade de elétrons compartilhados. A variabilidade da força de ligação afeta as temperaturas de fusão e de ebulição. Assim, esses compostos podem ser gasosos, líquidos ou sólidos à temperatura ambiente (​​ 25° C)​​ e têm baixa temperatura de fusão se comparados com os compostos iônicos.

Representação do retículo cristalino do ​Si​O​2​​​. Imagem sem proporção e em cores fantasia.

Professor, professora: Comente com os estudantes que a ligação covalente forma uma nuvem de elétrons, ou seja, uma região com mais probabilidade de encontrar os elétrons. Isso os ajudará a entender que os elétrons não são estáticos e os preparará para discutir a respeito da polaridade no próximo capítulo.

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Ligação metálica Leia o trecho da matéria a seguir.

Pesquisador da Uniso desenvolve liga metálica mais dura do mundo O material foi chamado de Diamante Metálico e pode conter até nove elementos diferentes em sua formulação. […] Ferro, cromo e nióbio foram alguns dos elementos utilizados no desenvolvimento da nova liga. […] 6. Resposta pessoal. O objetivo desta questão é levar os PROFETA, Guilherme. Pesquisador da Uniso desenvolve liga metálica estudantes a expressar seus conhecimentos prévios sobre mais dura do mundo. Uniso Ciência. v. 3, n. 5, jun. 2020. p. 36, 37, 42. ligas metálicas e identificar esses materiais em seu cotidiano, citando objetos de aço, rodas de liga leve de automóveis, entre outros exemplos.

Dica

6. Você já ouviu falar em liga metálica? Caso sua resposta

Uma liga metálica é um material composto de átomos de dois ou mais elementos químicos diferentes, e ao menos um deles deve ser um metal. O aço, por exemplo, é uma liga entre ferro e carbono ​(C)​.

seja afirmativa, cite um exemplo de liga metálica em um objeto usado em seu cotidiano.

Átomos de metais ligam-se uns aos outros por meio de ligações metálicas, que têm um perfil bem diferente das ligações iônicas e covalentes, pois, como os metais apresentam baixo valor de eletronegatividade, seus elétrons são pouco atraídos pelo núcleo. Logo, a tendência dos metais é doar elétrons. Em um composto formado exclusivamente por metais, não há Dica átomos aceptores de elétrons, e os elétrons de valência Acesse o simulador “Polaridade da molécula” para investigar conseguem transitar livremente entre os átomos. como a eletronegatividade interfere no tipo de ligação. Disponível em: https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/ legacy/molecule-polarity. Acesso em: 12 ago. 2024.

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Oleksandr Lysenko/ Shutterstock.com

Lingote de ouro.

Representação da organização espacial dos átomos de ouro.

Cynthia Sekiguchi/Arquivo da editora

Podemos considerar que as estruturas metálicas são formadas por cátions rodeados por elétrons livres em movimento, e a força de atração entre cátions e elétrons é o que constitui a ligação metálica.

A aplicação de força nos metais também pode fazer os cátions mudarem de posição e, por isso, os metais têm alta maleabilidade, que é a capacidade de serem deformados e transformados em lâminas, e alta ductilidade, que corresponde à capacidade de serem transformados em fios. 7. Como verificamos, a condução elétrica depende da movimentação de elétrons pelo material. Como você explicaria o fato de os metais serem bons condutores de eletricidade?

Resposta: Espera-se que os estudantes respondam que isso ocorre porque os elétrons transitam livremente nos metais e nas ligas metálicas.

Em uma ligação metálica, a intensa força eletrostática entre os cátions e os elétrons confere altas temperaturas de fusão e de ebulição às estruturas, que são sólidas à temperatura ambiente. A única exceção é o mercúrio (​​ Hg)​​, metal que é líquido a ​25 ° C​.

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UNIDADE

2 Materiais inteligentes

Transdutor utilizado em violão.

transdutor

Philip Cridland/Alamy/Fotoarena

Já os transdutores são usados em microfones e alto-falantes para captar e emitir som, em sensores de pressão e impacto em sistemas de segurança automotivos, em relógios de quartzo para manter a precisão do tempo e em equipamentos médicos de ultrassom para gerar e receber ondas sonoras usadas na formação de imagens internas do corpo. As aplicações desses materiais inteligentes são muitas e vão da medicina à eletrônica e à engenharia. Eles representam o futuro dos materiais, permitindo a criação de tecnologias mais eficientes e adaptáveis às necessidades humanas.

Josu Ozkaritz/Shutterstock.com

Conhecer as características das ligações químicas e as propriedades físico-química dos materiais formados por elas é fundamental para desenvolver novas tecnologias. Esse conhecimento permite a criação de materiais inteligentes, que por meio de estímulos específicos (como tensão, mudança de temperatura, campo magnético etc.) desempenham funções inovadoras em diversas áreas. Um exemplo notável é o nitinol, uma liga metálica de níquel e titânio com o efeito memória de forma. Esse material passa por tratamentos sofisticados, que o projetam para ter um formato predeterminado. Assim, o material pode ser deformado em um segundo formato e, ao ser aquecido, o metal retorna à sua forma original. Esse material é amplamente utilizado em dispositivos médicos, como stents e fios ortodônticos. Outro tipo de material inteligente é o piezoelétrico. Esses materiais geram cargas elétricas quando submetidos à pressão mecânica ou se deformam quando expostos a um campo elétrico. Um exemplo é o cristal de quartzo, que tem ligações covalentes entre silício e oxigênio. Geralmente, são utilizados em sensores, atuadores e dispositivos de captura de energia. Também são usados em plataformas de pesagem de veículos grandes e pesados.

Caminhão sobre uma plataforma de pesagem com material piezoelétrico. balança

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Classificações de ligações químicas Embora classifiquemos as ligações químicas em três tipos – iônicas, covalentes e metálicas –, essas categorias representam os extremos das interações. Na realidade, em muitos compostos, as ligações apresentam características intermediárias. O grau de caráter iônico, covalente ou metálico de uma ligação pode ser previsto para compostos binários utilizando dois parâmetros fundamentais: a diferença de eletronegatividade e a eletronegatividade média dos átomos envolvidos. A diferença de eletronegatividade entre dois átomos determina o grau de polaridade da ligação; quanto maior a diferença, mais iônica é a ligação. A eletronegatividade média influencia a natureza geral da ligação, ajudando a identificar se um composto tende mais para o comportamento metálico ou covalente. O diagrama de Van Arkel-Ketelaar utiliza esses parâmetros para categorizar as ligações em três regiões. Diagrama de Van Arkel-Ketelaar Diferença das eletronegatividades CsF LiF 3,00 CsC

Li2O NaC

Ohanna Schmitt/Arquivo da editora

2,00

BeF2 MgO

MgC2 SiO2

AC3 LiH 1,00

CF4

B2O3

NF3

CO2 A3Mg2

Cs Li 0,00 0,80 1,00

Iônica Covalente Metálica

BF3

AAs

A P Mg Be Ga Si B As H C S

CC4 Br N C

2,00

3,00

OF2

NO O

Eletronegatividade F média 4,00

Fonte de pesquisa: KOTZ, John C. et al. Química geral e reações químicas. Tradução: Noveritis do Brasil. 9. ed. São Paulo: Cengage Learning, 2015. v. 2. p. 1022.

Os compostos metálicos são encontrados na região em que tanto a diferença de eletronegatividade quanto a eletronegatividade média são baixas. Os compostos iônicos têm diferença de eletronegatividade alta e eletronegatividade média intermediária. Os compostos covalentes, por sua vez, têm diferença de eletronegatividade baixa e eletronegatividade média maior.

Representação de estruturas químicas

Nos compostos iônicos, forma-se um arranjo tridimensional, em que um íon não está associado a apenas um contra-íon. A estrutura cristalina do cloreto de sódio ​​(NaC𝓁) ​​, por exemplo, pode ser representada de diferentes formas. Uma representação comum mostra as esferas dos íons em contato, destacando a rede cristalina compacta. Outra mostra o centro dos íons como pequenas esferas que não estão em contato direto, mas ainda mantêm a estrutura tridimensional regular. Tratam-se de duas formas de representar a mesma estrutura, com objetivos diferentes. Imagem sem proporção e em cores fantasia.

​​Na​​ +​​

​​C𝓁​​−​​

Heloísa Pintarelli/Arquivo da editora

As representações das estruturas químicas são recursos amplamente utilizados no estudo da matéria e suas propriedades. Além de otimizar a comunicação do conhecimento químico, diversos tipos de representações são utilizados para demonstrar, por exemplo, as ligações entre átomos, os ângulos das ligações, a posição espacial dos átomos, entre outras informações.

Representação da rede cristalina do cloreto de sódio com esferas em contato direto e com esferas ligadas por arestas.

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Em relação à ligação covalente, as estruturas moleculares podem ser representadas simplificadamente por estruturas de linhas. Essas estruturas podem omitir os átomos de carbono ​​(C)​​ e hidrogênio ​​(H)​​ ou não. Por exemplo, o propano (​​ ​C​3​​ ​H​8​​)​​ pode ser representado com todas as ligações e átomos explícitos (A) ou apenas com linhas e ângulos representando as ligações covalentes (B). A.

CH3

Imagens desta página sem proporção e em cores fantasia.

B.

CH2 CH3

Representação do propano com todos os átomos explícitos.

UNIDADE

2

Representação do propano apenas com linhas.

Outra forma de representação das moléculas que fazem ligações covalentes é o modelo de bolas cheias (A), no qual cada átomo é representado por uma esfera cheia, e o modelo de bolas e varetas (B), em que as esferas representam os átomos e as varetas representam as ligações entre eles.

Representação de molécula da água com esferas cheias.

Cynthia Sekiguchi/ Arquivo da editora

B.

Heloísa Pintarelli/ Arquivo da editora

A.

Representação de molécula da água com esferas e varetas.

Na ligação metálica, além da representação dos elétrons entre os cátions, o arranjo tridimensional de suas estruturas pode ser representado de forma similar aos sólidos iônicos. Os metais têm estrutura cristalina e algumas dessas estruturas podem ser constituídas de apenas um tipo de átomo. A estrutura de um metal puro, como o alumínio, e de uma liga metálica, como o ouro 14 quilates ​​(Au-Ag)​​, são exemplos de tais representações.

​Ag​

Heloísa Pintarelli/Arquivo da editora

Representação da estrutura do ouro 14 quilates.

Quando os cátions de um metal são deslocados por uma martelada, os elétrons móveis conseguem responder imediatamente e seguir os cátions até suas novas posições, o que torna o metal maleável. As representações químicas são ferramentas importantes para visualizar e compreender as diversas estruturas e os comportamentos dos materiais. Elas permitem uma melhor compreensão das propriedades químicas e físicas ao facilitar a expressão e comunicação dos conhecimentos científicos.

Heloísa Pintarelli/Arquivo da editora

Essas representações são fundamentais para entender o comportamento mecânico dos materiais, como a maleabilidade e a ductilidade dos metais, que permitem que eles sejam moldados sem quebrar.

Representação de peça de ferro sendo moldada.

Representação dos cátions sendo deslocados.

Heloísa Pintarelli/Arquivo da editora

Representação da estrutura do alumínio.

​Au​ Heloísa Pintarelli/Arquivo da editora

​A𝓁​

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PRÁTICA CIENTÍFICA sam-whitfield1/Shutterstock.com

Conduzindo corrente elétrica Por dentro do contexto Como já estudamos, certos elementos químicos dificilmente são encontrados de maneira isolada. O sal de cozinha, a água e o açúcar comum são substâncias compostas presentes no nosso cotidiano, muitos deles até na água. É possível que você já tenha ouvido falar dos perigos de continuar nadando no mar enquanto relâmpagos de uma chuva forte aparecem no céu. O contato de relâmpagos com a água pode ser muito perigoso, mesmo a água não sendo boa condutora de corrente elétrica. a ) Considerando os tipos de ligação química estudados e suas características, formule hipótese(s) que justifiquem esse perigo.

Relâmpagos atingindo o mar no Reino Unido, em 2022.

Materiais

• bateria de ​12 V​

• água destilada

• copos ou béqueres

Cuidado

• lâmpada LED

• papel-toalha

• colher de chá

• 3 pedaços de fios de cobre

• sal de cozinha

• placa de cobre

• alicate

• açúcar

• fita isolante

• borracha escolar

Ao inserir os fios para testar a condutividade dos compostos, tome cuidado para não molhar os dedos. Verifique também se todos os fios estão devidamente conectados e envoltos com fita isolante.

Como proceder

Imagem sem proporção e em cores fantasia.

fita isolante

LED

A. Desencape cerca de ​2 cm​das extremidades dos fios de cobre com o alicate. B. Com a fita isolante, conecte uma extremidade de um dos fios na bateria e a outra no fio do LED. Conecte o segundo fio na bateria e deixe uma extremidade solta. Conecte o terceiro fio de cobre com o fio do soquete da lâmpada. C. Deixe o aparato organizado, como apresentado na imagem. D. Em um copo ou béquer, coloque água destilada até a metade do recipiente e mergulhe os fios dentro dele. Observe o que ocorre com a lâmpada. Seque os fios com papel-toalha.

bateria

fios de cobre béquer

Heloísa Pintarelli/Arquivo da editora

Resposta nas Orientações para o professor.

Imagem referente às etapas A e B.

E. Adicione 1 colher de chá de sal de cozinha em um outro copo limpo e teste a condução de corrente elétrica nessa substância. Para isso, encoste os dois fios, separadamente, no sal. Limpe as pontas dos fios. Para a limpeza dos fios durante todo o experimento, lave as pontas deles em água destilada e seque-as com o papel-toalha antes de iniciar o próximo passo. F. Adicione 1 colher de chá de açúcar em outro copo limpo e teste a condução de corrente elétrica nessa substância. Para isso, encoste os dois fios, separadamente, no açúcar. Limpe as pontas dos fios novamente.

Dica Lembre-se de lavar a colher cuidadosamente ao mudar de procedimento, para que não haja contaminação.

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H. Depois, coloque água no copo usado na etapa F até a metade e misture, a fim de formar a solução de açúcar, e teste novamente. Observe o que ocorre com a lâmpada. Limpe as pontas dos fios novamente.

solução salina

Imagem referente à etapa G.

Heloísa Pintarelli/Arquivo da editora

G. Coloque água destilada no copo usado na etapa E até a metade e misture, a fim de formar a solução de N ​ aC𝓁​ e teste novamente. Observe o que ocorre com a lâmpada. Faça a limpeza das pontas dos fios novamente.

UNIDADE

2

I. No copo da etapa G, acrescente mais 1 colher de chá de sal, a fim de formar uma solução mais concentrada e teste a condutividade mais uma vez. Limpe as pontas dos fios novamente.

Heloísa Pintarelli/Arquivo da editora

J. Encoste as extremidades dos fios na placa de cobre e na borracha e observe a lâmpada. Imagens desta página sem proporção e em cores fantasia.

borracha Imagem referente à etapa J.

Análise e divulgação Respostas nas Orientações para o professor.

1. Em quais materiais a lâmpada acendeu e em quais não acendeu? 2. Os resultados foram de acordo com a hipótese que você formulou antes da prática? 3. Identifique o tipo de ligação química que ocorre entre os átomos dos materiais testados. 4. Justifique por que alguns materiais conduziram a corrente elétrica e outros não. Se necessário, pesquise em referências confiáveis para auxiliar na sua resposta.

5. O que aconteceu na etapa I? Explique, comparando com o ocorrido na etapa G. 6. Represente, com um desenho, a ligação entre os átomos de cobre dos fios condutores de eletricidade. 7. É hora de divulgar os resultados! Produza um podcast curto relatando o que você descobriu. • Crie um roteiro organizado e claro. • Comece o podcast se apresentando, depois apresente o tema que será abordado. Utilize frases e questionamentos que despertam a curiosidade para chamar a atenção do ouvinte. • Você pode prosseguir citando casos relatados na mídia ou em redes sociais que, erroneamente, em geral, associam a água como ótima condutora de corrente. • Para concluir, explique o experimento, justificando suas observações e os conceitos teóricos.

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ATIVIDADES

Respostas das questões 2 e 5 nas Orientações para o professor. 1. a) Resposta: ​NaF​, ​NaC𝓁​, ​NaBr​e ​NaI​.

1. Escreva a fórmula dos compostos iônicos obtidos em cada uma das situações a seguir.

a ) União entre o sódio, que tem 1 elétron na camada de valência, e os elementos químicos com 7 elétrons na camada de valência, como flúor, cloro (​​ C𝓁) ​​, bromo (​​ Br)​​ e iodo (​​ I)​​. b ) União entre o bromo, que tem 7 elétrons na camada de valência, e os elementos com 2 elétrons na camada de valência, como magnésio, cálcio, estrôncio (​​ Sr)​​ e bário (​​ Ba)​​. Resposta: ​​MgBr​2​​​, ​​CaBr​2​​​, ​​SrBr​2​​​ e ​​BaBr​2​​​.

2. O alumínio é utilizado em vários tipos de produtos, como embalagem de bebidas, material para construção civil e peças automotivas. Esse metal é obtido do minério bauxita, constituído principalmente de óxido de alumínio ​​(A​𝓁​2​​ ​O3​)​​ ​​ e moléculas de água. Responda às questões a seguir. a ) No composto ​A​𝓁​2​​ ​O3​​​​ e no metal A ​ 𝓁​, qual(is) tipo(s) de ligação química ocorre(m) entre os átomos? b ) ​A​𝓁​2​​ ​O3​ ​​​ e ​A𝓁​ são bons condutores elétricos na fase sólida? Justifique sua resposta. c ) Qual dessas substâncias é a mais maleável:​​ A𝓁​2​​ ​O​3​​​ ou o ​A𝓁​? Justifique sua resposta. d ) Se fosse feito o aquecimento gradativo das amostras de ​A𝓁​ e de A ​ ​𝓁​2​​ ​O3​ ​​​, qual delas sofreria fusão primeiro?

3. Avalie as afirmações a seguir e verifique qual é a

Alternativa b. Comentários alternativa correta. Resposta: nas Orientações para o professor.

I ) Em ligações iônicas, os metais doam seus elétrons de valência para o ametal.

II ) Ligações covalentes ocorrem apenas entre elementos químicos não metálicos, compartilhando os elétrons, sendo esses compostos excelentes condutores de eletricidade. III ) Ligações metálicas ocorrem em metais puros; os elétrons ficam espalhados pela estrutura metálica. a ) Todas as afirmativas estão corretas. b ) Apenas I e III estão corretas. c ) Apenas II e III estão corretas. d ) Apenas I e II estão corretas. e ) Todas as afirmativas estão erradas.

NÃO ESCREVA NO LIVRO.

4. Identifique a alternativa que indica os elementos químicos que podem se ligar ao carbono.

Resposta: Alternativa c. Comentários nas Orientações para a ) ​H​, ​Nh​, ​O​e ​He​. o professor.

b ) ​Li​, ​Fr​, ​Kr​e ​P​. c ) ​N​, ​H​, ​C​e ​O​. d ) ​He​, ​Fe​, ​Cr​e ​K​.

5. Leia a manchete e o texto a seguir.

Vazamento de amônia em frigorífico em Paiçandu leva 14 funcionários para o hospital Disponível em: https://aerp.org.br/redeaerp/vazamento-de -amonia-em-frigorifico-em-paicandu-leva-14-funcionarios -para-o-hospital/. Acesso em: 12 ago. 2024.

A amônia é um gás, à temperatura ambiente​​ (25 ° C)​​ e incolor. Tem odor característico e pode se depositar nas vias aéreas superiores. Entre as diversas aplicações, é utilizada em refrigeradores, sínteses químicas e agricultura. Responda aos itens a seguir. a ) A amônia é constituída dos elementos químicos nitrogênio (​​ N)​​ e hidrogênio. Sabendo que o nitrogênio tem 5 elétrons de valência e o hidrogênio tem apenas 1, qual é a fórmula molecular da amônia? b ) A amônia é um bom condutor elétrico quando está na fase líquida? Justifique. c ) Escreva as fórmulas de Lewis da amônia. d ) Quais medidas de prevenção poderiam ser feitas nesse frigorífico? Depois do vazamento, que medidas deveriam ser aplicadas? Se necessário, faça uma pesquisa em sites sobre segurança de trabalho.

6. Sobre a classificação de ligações químicas é correto afirmar que: Resposta: Alternativa b. a ) todos os compostos apresentam ligações químicas com características bem definidas, que podem ser classificadas em três tipos. b ) muitos compostos podem apresentar ligações que apresentam características intermediárias aos três principais tipos de ligação química. c ) podemos classificar as ligações químicas de acordo com o diagrama de Linus Pauling. d ) a classificação do tipo de ligação não depende da eletronegatividade dos átomos.

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7. A produção de bolos frequentemente envolve o uso de bicarbonato de sódio ​​(​NaHCO​3​​)​​, que atua como um agente fermentador. Durante o processo de cozimento, o bicarbonato de sódio se decompõe, liberando dióxido de carbono (​​ ​CO​2​​)​​ e outros compostos que contribuem para o crescimento da massa do bolo.

c ) Elas são usadas para substituir a necessidade de realizar experimentos práticos e não contribuem para o conhecimento teórico. d ) As representações químicas são importantes apenas para profissionais que manipulam compostos químicos e não são necessárias para o estudo básico da Química.

O C HO

b ) Elas ajudam a entender a disposição dos átomos e as ligações em uma molécula, facilitando a compreensão de suas propriedades e reatividade.

2 UNIDADE

9. b) Resposta: Espera-se que os estudantes demonstrem um átomo de oxigênio central realizando uma ligação dupla e uma simples com outros dois. Eles devem demonstrar os pares de elétrons não compartilhados: 1 par no átomo central; 3 pares no átomo com ligação simples; 2 pares no átomo com ligação dupla.

O Na –

+

Fórmula estrutural do ​​NaHCO​3​​.​

Qual(is) tipo(s) de ligação química ocorre(m) entre os átomos do bicarbonato de sódio?

Resposta: Ligação covalente e iônica.

8. Justifique como a ligação metálica explica a condutividade elétrica das ligas metálicas, utilizando o exemplo da liga de alumínio com cobre, que é amplamente utilizada em diversos aparelhos eleA ligação metálica permite alta trônicos. Resposta: condutividade elétrica, pois os elétrons livres se movem facilmente.

9. O gás carbônico é crucial para a vida na Terra em razão de seu papel em dois processos fundamentais: o efeito estufa e a fotossíntese. No efeito estufa, o ​​CO​2​​​ ajuda a reter calor na atmosfera, mantendo a temperatura global em níveis que permitem a vida. Além disso, durante a fotossíntese, as plantas utilizam o ​​CO​2​​​ para produzir oxigênio e nutrientes, essenciais para a sobrevivência dos seres vivos.

11. Monte o quadro como o modelo a seguir, sinte-

tizando os seus conhecimentos sobre ligações químicas. Resposta nas Orientações para o professor.

Síntese de informações sobre ligações químicas Tipo de ligação química

Iônica

Covalente

Formação Propriedades físico-químicas Exemplos

12. O ácido acetilsalicílico ​​(​C​9​​ ​H​8​​ ​O​4​​)​​ é um composto

amplamente utilizado na medicina para aliviar a dor e reduzir a febre e as inflamações. A estrutura química desse composto inclui ligações entre átomos de carbono, hidrogênio e oxigênio. Essas ligações são responsáveis por diversas propriedades do composto, como sua estabilidade química e interação com outras moléculas no organismo.

O

Em relação aos processos citados, responda aos itens a seguir. a ) Além do gás carbônico, outros gases são cruciais para a vida na Terra. Cite outros três exemplos e diga que ligação está envolvida em seus átomos.

OH

b ) Outro gás encontrado na atmosfera e que é essencial é o ozônio (​​ ​O​3​​)​​. Escreva sua fórmula de Lewis e registre suas observações.

10. Qual das seguintes afirmações melhor descreve a importância das representações de estruturas químicas no estudo da química?

Resposta: Alternativa b.

a ) As representações de estruturas químicas são apenas uma forma de melhorar o design dos artigos científicos e não têm impacto no entendimento dos conceitos químicos.

9. a) Possíveis respostas: Gás oxigênio (​​ ​O​2​​)​​, gás nitrogênio (​​ ​N​2​​)​​, ozônio (​​ ​O​3​​)​​ etc. Todos os compostos citados têm ligação covalente.

Metálica

O O

CH3

Fórmula estrutural do ácido acetilsalicílico.

Analisando as informações anteriores, indique o tipo de ligação química que ocorre entre os átomos dessa substância. Justifique. Resposta: Ligações covalentes, pois há compartilhamento de elétrons entre os ametais carbono, hidrogênio e oxigênio.

121

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CAPÍTULO

7

As interações entre as moléculas Imagens desta página sem proporção e em cores fantasia.

katacarix/Shutterstock.com

Maleo/Shutterstock.com

Você já viu alguma das situações como as apresentadas nas fotografias a seguir? Elas parecem muito estranhas, não é mesmo? Afinal, como pode um inseto caminhar sobre a água? E como a água se molda em torno do nadador?

Inseto alfaiate sobre a superfície da água.

Película de água formada em volta do nadador.

Alfaiate (Gerris lacustris): pode atingir aproximadamente 1​ 0 mm​de comprimento.

Se prestarmos atenção, vamos perceber que o inseto que toca na água está planando no líquido como se fosse uma cama elástica, pois suas pernas parecem afundar, mas sem romper a superfície. O mesmo efeito ocorre com o nadador. Antes que a sua cabeça saia da água, conseguimos ver a formação de uma espécie de película.

No interior do líquido, as moléculas de água interagem fortemente entre si. Como essas forças de atração ocorrem em todos os sentidos, elas se anulam (situação A). Já na superfície (situação B), como as moléculas não estão na parte exterior, elas sofrem uma maior força de atração no sentido do interior do líquido.

Ergun_Pinar/Shutterstock.com

Esse fenômeno observado na água é chamado de tensão superficial e se deve a interações fortes que acontecem entre as moléculas de ​​H​2​​O​. Essas interações são denominadas forças intermoleculares. ar

água

B. A.

Os primeiros estudos sobre as interações entre moléculas de líquidos foram registrados pelo cientista estadunidense Benjamin Franklin (1705-1790). Na época, Franklin investigou a repulsão entre água e óleo, mas o fenômeno de tensão superficial ainda não era conhecido, até que uma cientista, a italiana Agnes Pockels (1862-1935), descreveu a manipulação de filmes de óleo e detergentes sobre a superfície da água e mediu a tensão superficial de monocamadas de lipídios, sugerindo que se tratava de um fenômeno molecular. Em 1891, com auxílio do físico britânico Lord Rayleigh (1842-1919), ela publicou seu primeiro artigo na revista Nature.

Autor desconhecido. 1922. Universidade de Tecnologia de Braunschweig, Braunschweig, Alemanha

Representação das forças que atuam na água no estado líquido. O efeito da força resultante é a redução da área superficial do líquido, que passa a se comportar como se fosse uma membrana elástica, com a tendência de se contrair ocupando a menor área possível.

Agnes Luise Wilhelmine Pockels.

122

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PRÁTICA CIENTÍFICA

Cuidado

Imagens desta página sem proporção e em cores fantasia.

Ao manipular a agulha cuidado para não se machucar.

A tensão superficial da água

Como proceder

Por dentro do contexto

A. Encha o recipiente com água e, cuidadosamente, disponha a agulha horizontalmente na água até que flutue.

A densidade é uma propriedade específica da matéria que ajuda a prever se um material vai flutuar ou afundar em relação a outro, quando misturados. No entanto, será que essa propriedade pode explicar todos os fenômenos de flutuação? Vamos realizar um experimento para entender melhor essa questão.

UNIDADE

2

B. Lentamente, adicione gotas de detergente à água em torno da agulha, sem que caia diretamente em cima dela. C. Verifique o que ocorre após a dissolução completa do detergente.

Análise

Materiais

Respostas nas Orientações para o professor.

• 1 recipiente largo, preferencialmente de plástico atóxico, contendo água potável • agulha ou alfinetes de alumínio

1. Sabendo que a densidade da água é inferior

• detergente de cozinha

2. O que aconteceu após a dissolução do deter-

à do alumínio, como é possível explicar o fato de a agulha flutuar? gente?

As interações intermoleculares podem ser mais fracas ou mais fortes, dependendo principalmente de dois fatores: a geometria e a polaridade da molécula. Vamos começar pela geometria molecular.

Geometria molecular

Confira a seguir a estrutura molecular da água (​​ ​H​2​​O)​​ e a do dióxido de carbono (​​ C​O​2​​)​​. Professor, professora:

Geometria molecular angular da molécula de água.

Caso haja estudantes com dificuldade para enxergar, providencie modelos moleculares para utilizar durante o trabalho com a geometria molecular.

Geometria molecular linear da molécula de gás carbônico.

Ilustrações: Cynthia Sekiguchi/Arquivo da editora

pares de elétrons não ligantes

Ambas são compostas de três átomos, porém a organização espacial dos átomos (geometria molecular) é diferente. A molécula de água tem geometria angular, enquanto a do dióxido de carbono tem geometria linear. Essa diferença pode ser explicada pelo modelo de repulsão dos pares de elétrons da camada de valência (VSEPR, na sigla em inglês), desenvolvido pelo químico inglês Ronald James Gillespie (1924-2021) e pelo químico australiano Ronald Sydney Nyholm (1917-1971). Segundo a teoria, os pares eletrônicos da camada de valência dos átomos repelem os demais pares, uma vez que todos têm cargas negativas. Portanto, os pares eletrônicos (ligantes e não ligantes) ficarão o máximo que puderem afastados uns dos outros. Os pares de elétrons não ligantes do átomo de oxigênio da molécula de água afastam as ligações covalentes feitas com os átomos de hidrogênio (​​ H)​​, resultando na geometria angular. Na molécula de dióxido de carbono, não há pares eletrônicos não ligantes no átomo central, logo as ligações duplas se repelem, resultando na geometria linear.

123

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O quadro a seguir mostra os principais tipos de geometria molecular e alguns exemplos de molécula para cada geometria. A polaridade das moléculas, que será nosso próximo assunto, também é mostrada. Exemplos de geometria molecular

1

2

2

3

Número de pares de elétrons não ligantes

Irrelevante

0

2

0

Tipo de geometria

Polaridade

Fórmula química

Átomos iguais: apolar

​​O​2​​​

Átomos diferentes: polar

​HC𝓁​

Átomos adjacentes iguais: apolar

​C​O​2​​​

Átomos adjacentes diferentes: polar

​HCN​

Polar

​​H​2​​O​

Átomos adjacentes iguais: apolar

​B​F​3​​​

Átomos adjacentes diferentes: polar

​CO​C𝓁​ 2​​​

Linear

Linear

Angular

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Modelo molecular Ilustrações: Cynthia Sekiguchi/Arquivo da editora

Número de átomos ligados ao átomo central

Trigonal

Dica

3

4

1

0

Piramidal

Polar

​N​H​3​​​

Átomos adjacentes iguais: apolar

​C​H​4​​​

Átomos adjacentes diferentes: polar

​C​H​3​​C𝓁​

Tetraédrica

Acesse o simulador de Geometria molecular, disponível em: https://phet. colorado.edu/pt_ BR/simulations/ build-a-molecule. Acesso em: 19 ago. 2024. Esse simulador possibilita que você monte diferentes estruturas moleculares, variando os tipos de ligação química e os pares de elétrons.

124

05/11/2024 15:27:33

CONEXÕES com ... MATEMÁTICA

Geometria molecular, figuras geométricas e ângulos

Imagens desta página sem proporção e em cores fantasia.

Você provavelmente notou que algumas geometrias assumidas pelas moléculas se assemelham a figuras geométricas. Considere que esses arranjos moleculares sejam simétricos, pois o átomo central não tem pares de elétrons não ligantes, e formados por dois elementos A e B, em que ​n​átomos de B ficam em volta do átomo central A, seguindo a fórmula ​A​B​n​​,​em que ​n ​> ​1​. Essa associação é possível porque as moléculas, por mais que sejam representadas no plano do papel, são objetos tridimensionais. Compreender essas figuras nos ajuda a determinar o ângulo entre as ligações dos átomos, também chamado de ângulo de ligação. As moléculas de fórmula ​A​B​2​​​ também assumem a geometria

linear (​​ 180°) ​​. Exemplos:

dióxido de carbono (​​ C​O​2​​)​​ e

cloreto de berílio ​​(Be​C𝓁​ 2​​)​​. 1808

Geometria linear.

Ilustrações: Heloísa Pintarelli/Arquivo da editora

908 Geometria bipirâmide trigonal.

1208

908 Geometria octaédrica.

908

Quando analisamos moléculas de fórmula ​A​B​3​​​, notamos que seu formato se assemelha ao de um triângulo equilátero, em que o elemento B fica nos vértices e o elemento A fica no centro. Os ângulos internos das ligações são ​120°​. Exemplo: trifluoreto de boro (​​ B​F​3​​)​​.

O formato de pirâmide triangular também é observado nas moléculas de fórmula ​A​B​4​​​ cuja geometria é a tetraédrica. O elemento B fica nos vértices e o elemento A fica no centro da pirâmide. Os ângulos de ligações medem ​109,5° .​ Exemplo: tetracloreto de carbono (​​ ​CC𝓁​  4)​​  ​​. 109,58

1208 Geometria trigonal.

Geometria tetraédrica.

A fórmula ​A​B​5​​​ gera a geometria bipirâmide trigonal, e este arranjo minimiza a repulsão dos elétrons dos 5 átomos de B. É como dois tetraedros ligados, com uma mesma base triangular. Nesse plano, o ângulo de ligação dos átomos mede ​120°​. E o ângulo de ligação entre os átomos do plano e os que não estão no plano mede ​90°​. O elemento A está no centro do poliedro. Exemplo: pentacloreto de fósforo (​​ P​C𝓁​ 5​​)​​. O arranjo mais estável para moléculas de fórmula ​A​B​6​​​ é a geometria octaédrica. O arranjo octaédrico é como duas pirâmides quadrangulares ligadas como uma base quadrada em comum. Todos os ângulos entre ligações são de ​90°​. Exemplo: hexafluoreto de enxofre (​​ S​F​6)​​ ​​. Imagens elaboradas com base em: BROWN, Theodore L. et al. Química: a ciência central. Tradução: Eloiza Lopes, Tiago Jonas e Sonia Midori Yamamoto. 13. ed. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2016. p. 363.

Embora essas sejam as geometrias moleculares mais comuns, há muitas outras se considerarmos os pares de elétrons não ligantes. Em todos os casos, sempre será possível associar a disposição dos átomos e dos pares de elétrons em torno do átomo central com o formato de uma figura tridimensional. Caso tenha pares de elétrons não ligantes, os ângulos de ligações variam, pois dependem da energia de repulsão, do elemento químico etc. Esses conceitos podem ser extrapolados para a compreensão de fenômenos de outras áreas de estudo: Cristalografia, síntese de fármacos na Farmácia etc. a ) Qual das seguintes moléculas tem uma geometria molecular que se assemelha a um triângulo: tioformaldeído (​ C​H​2​S)​, amônia (​​ ​NH​  3​​) ​​ ou cloreto de cianogênio (​ CNC𝓁)​? Resposta: ​C​H​2​​S​, pois o átomo central é o carbono, que está ligado por uma ligação dupla ao enxofre e por ligações simples aos átomos de hidrogênio.

125

05/11/2024 15:27:34

Polaridade

Professor, professora: Explique aos Imagens desta página sem proporção e em cores fantasia. estudantes que há diferença entre a polaridade de uma ligação química e a da molécula como um todo. É possível que a ligação seja polar e a molécula seja apolar.

O segundo conceito que vamos estudar para entendermos as interações intermoleculares é o de polaridade, que está relacionado à diferença de eletronegatividade dos átomos e à geometria da molécula. Como mencionado anteriormente, a eletronegatividade é a medida da capacidade que determinado átomo tem de atrair elétrons para seu núcleo. Quanto mais eletronegativo for um átomo, maior será essa capacidade. Em uma ligação covalente, o átomo mais eletronegativo atrairá para si os elétrons da ligação de maneira mais eficaz do que o outro átomo. Dizemos que o primeiro terá maior carga parcial negativa − + (simbolizada por ​​δ​​ ​​) e que o segundo terá maior carga parcial positiva (simbolizada por ​​δ​​ ​​). A ligação covalente pode ser entendida como a formação de uma nuvem eletrônica entre os dois átomos, ou seja, uma região com maior probabilidade de encontrarmos os elétrons, e ela será deslocada para o lado do átomo com carga parcial negativa e estará mais distante do átomo com carga parcial positiva. Por haver essa diferença na Representação das cargas distribuição de elétrons, dizemos que a ligação é polar ou que está parciais na molécula de ​​H​2​​O​, com maior polarizada.

δ δ

concentração de elétrons no átomo de oxigênio.

δ

Cynthia Sekiguchi/ Arquivo da editora

Observe a molécula de água a seguir. Como o átomo de oxigênio é mais eletronegativo do que os de hidrogênio, ele adquire uma carga parcial negativa. Sabendo que a nuvem eletrônica se concentra nele, indicamos o deslocamento por meio de duas setas pretas, chamadas de momento de dipolo. Como a água tem geometria angular, há um vetor resultante do momento de dipolo, indicado pela seta vermelha para cima, tornando a molécula toda polar.

Vamos verificar agora a molécula de dióxido de carbono. Ela também é formada por ligações covalentes polares, em que a concentração de elétrons é maior nos átomos de oxigênio, por serem mais eletronegativos. No entanto, como a molécula tem geometria linear, o vetor resultante do momento de dipolo é nulo, pois os átomos atraem os elétrons em igual intensidade, mas em sentidos opostos. Como resultado, temos Professor, professora: ao abordar o vetor resultante na molécula uma molécula apolar. de ​​H​  ​​O​, incentive o estudante a imaginar como o átomo de 2

Cynthia Sekiguchi/ Arquivo da editora

δ

δ

δ

oxigênio se moveria se cada um entre dois estudantes puxasse este átomo na direção das setas pretas, conduzindo-o a compreender de forma sensorial como o vetor resultante de dipolo se forma. O mesmo vale para o exemplo do ​​CO​ 2​​​.

Representação das cargas parciais na molécula de ​C​O​2​​​. A molécula de dióxido de carbono é apolar.

Portanto, para descobrirmos qual é a polaridade de uma molécula, precisamos saber qual é sua geometria. O quadro Exemplos de geometria molecular, da página 124, pode auxiliar nesse processo. Para as geometrias lineares, trigonais e tetraédricas, se os átomos adjacentes ao átomo central forem iguais entre si, os vetores se anularão e a molécula será apolar; caso contrário, será polar. Para as geometrias angular e piramidal, a molécula sempre será polar, pois os momentos de dipolo não se anulam.

Ilustrações: Cynthia Sekiguchi/ Arquivo da editora

1. Resposta: A molécula será apolar, pois ambos os átomos têm a mesma eletronegatividade.

126

1. Qual é a polaridade de uma molécula formada apenas por dois átomos iguais? Justifique sua resposta.

2. Como é a polaridade de ligações iônicas e metálicas?

Molécula de amônia (​​ N​H​3​​)​​, com geometria piramidal e polar.

Molécula de tetrafluoreto de carbono (​​ C​F​4​​)​​, com geometria tetraédrica e apolar.

2. Resposta: Na iônica, há total transferência de elétron de um átomo para o outro. Logo, o momento de dipolo apontará para o átomo que recebeu os elétrons (que está com carga negativa). Na metálica, os elétrons estão distribuídos de forma homogênea entre os núcleos, formando ligações apolares.

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ATIVIDADES

1. b) Resposta: Isso ocorreu pois o corante aquoso apresenta tensão superficial, impedindo que as moléculas de água se distribuam por todo o leite.

1. Analise o experimento que foi realizado na sala de aula.

I ) A professora pingou gotas de corante alimentício no leite.

UNIDADE

2 NÃO ESCREVA NO LIVRO.

a ) Associe corretamente as moléculas do quadro I com sua respectiva geometria molecular do quadro II, escrevendo em seu caderno a letra e o número correspondentes. Resposta: A – 4; B – 5; C – 3; D – 2; E – 1.

Dorling Kindersley ltd/Alamy/Fotoarena

b ) Classifique as moléculas do quadro I em polares ou apolares. Resposta: ​C​H​4​​ –​apolar; ​S​O​2​​ –​polar; ​ B​F​3​​ –​apolar; ​HC𝓁 –​polar; ​N​H​3​​ –​polar.

c ) Quais moléculas seriam solúveis em água? Justifique sua resposta. Resposta: ​S​O​2​​​, ​HC𝓁​ e ​N​H​3​​​,

pois estas moléculas, assim como as de água, são polares.

d ) Quais dessas moléculas têm par de elétrons não ligantes? Resposta: ​​SO​  2​​​, ​HC𝓁​ e ​​NH​  3​​​.

3. Classifique as substâncias a seguir como polar ou apolar. a ) ​O​2​ Resposta: Apolar. Leite e gotas de corante.

1. a) Resposta: As gotas de corante ficaram concentradas no centro do recipiente com leite.

a ) O que aconteceu com as gotas de corante? b ) Por que isso aconteceu?

Dorling Kindersley ltd/Alamy/Fotoarena

II ) Em seguida, a professora adicionou um pouco de detergente sobre as gotas de corante.

b ) ​HF​ Resposta: Polar. c ) ​C​O​2​ Resposta: Apolar. d ) ​NO​ Resposta: Polar. e ) ​Be​C𝓁​2​ Resposta: Apolar. f ) ​H​2​O​ Resposta: Polar.

4. Considerando a molécula de amônia (​ N​H​3​)​, analise as afirmações a seguir.

I ) Apresenta geometria tetraédrica. II ) Seu átomo central apresenta um par de elétrons não ligantes e ligações covalentes polares. III ) A sua geometria molecular é semelhante à geometria da água.

Leite e corante após a adição do detergente.

IV ) É uma molécula polar e espera-se que, em condições adequadas, possa se dissolver em solventes polares.

c ) O que aconteceu com as gotas de corante?

Considerando V como afirmação verdadeira e F como falsa, a sequência correta é:

d ) Por que isso aconteceu?

a ) F – F – F – V.

Resposta: As gotas de corante espalharam-se.

2. Confira o quadro de substâncias e o de geome-

trias moleculares a seguir e responda às questões propostas. QUADRO I

QUADRO II

Substância

Geometria molecular

A. ​CH​4​​​

1. Piramidal

B. ​S​O​2​​​

2. Linear

C. ​B​F​3​​​

3. Trigonal plana

D. ​HC𝓁​

4. Tetraédrica

E. ​N​H​3​​​

5. Angular

Resposta: Alternativa d.

b ) F – V – V – V. c ) V – V – F – V. d ) F – V – F – V. e ) V – V – V – V.

5. Identifique a alternativa que apresenta somente substâncias polares. Resposta: Alternativa e. a ) ​H​2​O​e ​C𝓁​2​ b ) ​C𝓁​2​e ​C​C𝓁​4​ c ) ​C​C𝓁​4​e ​C​H​4​ d ) ​C​H​4​e ​H​2​O​ e ) ​H​2​O​e ​CH​C𝓁​3​

1. d) Resposta: Isso ocorreu pois o detergente rompeu a tensão superficial da água com corante, permitindo que ela se distribuísse por todo o leite.

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Interações ou forças intermoleculares Na situação a seguir, duas substâncias foram deixadas em repouso durante certo período. béquer com álcool Dotta2/Acervo da editora

A.

béquer com água

Béqueres contendo água e álcool no início do experimento.

béquer com álcool

B.

Dotta2/Acervo da editora

béquer com água

Béqueres contendo água e álcool após um intervalo de tempo.

3. O que aconteceu na situação? Como você explicaria o que ocorreu?

Resposta pessoal. O objetivo desta questão é levar os estudantes a comentar que o álcool evaporou mais rapidamente do que a água.

Duas moléculas de substâncias iguais ou diferentes podem interagir de formas distintas envolvendo diver­sos tipos de interações intermoleculares. Essas interações são muito mais fracas que as ligações químicas. No início do capítulo, vimos que duas moléculas de água interagem entre si por meio de um tipo de interação intermolecular denominada ligação de hidrogênio. A seguir, exploraremos outros tipos de interações intermoleculares. De acordo com relatos históricos científicos, as interações intermoleculares começaram a ser estudadas em 1873 pelo físico holandês Johannes Diderik van der Waals (1837-1923). Em sua homenagem, elas foram denominadas interações de Van der Waals. A situação anterior envolvendo a água e o álcool evidencia que, mesmo sendo substâncias polares, as interações intermoleculares do álcool são mais fracas que as da água, por isso ele evaporou mais rápido. As moléculas também podem interagir com as de outra substância, de polaridade semelhante ou diferente. Essas interações resultam na formação de misturas homogêneas ou heterogêneas. Por exemplo, o óleo vegetal que pode ser extraído de grãos como soja, canola e milho é uma mistura homogênea de compostos apolares. Se for adicionada água no óleo, haverá separação de fases, formando uma mistura heterogênea. Isso acontece porque a água é polar e o óleo é apolar. Há diferentes tipos de interações intermoleculares, a depender da polaridade das moléculas. Quanto mais polar for uma molécula, mais forte será essa interação, pois as cargas parciais negativas e positivas da molécula exercerão maior influência nas moléculas vizinhas. Confira a seguir alguns tipos de interações moleculares, em ordem de força crescente. 1º. Dipolo induzido-dipolo induzido.

3º. Ligação de hidrogênio.

2º. Dipolo permanente-dipolo permanente.

4º. Íon-dipolo.

4. Podemos falar sobre interações intermoleculares para compostos formados por ligações metálicas? Justifique sua resposta. Resposta: Não, pois esses compostos não formam moléculas. As interações predominantes são as interatômicas.

Dipolo induzido-dipolo induzido Como vimos, uma molécula apolar tem vetor resultante de momento de dipolo igual a zero. No entanto, movimentos aleatórios dos elétrons nas ligações podem deixar a molécula temporariamente polarizada, formando um dipolo instantâneo. Quando isso acontece, o dipolo instantâneo causa um dipolo induzido na molécula que estiver próximo, e o efeito se espalha para todo o sistema.

128

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Esse tipo de interação intermolecular é fraco, uma vez que os dipolos das moléculas são apenas temporários. Por esta razão, as temperaturas de ebulição e de fusão de moléculas apolares são em geral muito baixas, e o estado físico da maioria desses compostos é gasoso à temperatura ambiente (​​ 25 ° C)​​, com exceção de moléculas orgânicas muito grandes, que são líquidas e têm maiores temperaturas de fusão e de ebulição. O propano (​​ ​C​3​​​H​8​​)​​, por exemplo, principal componente do gás liquefeito de petróleo (GLP), é gasoso à temperatura ambiente (​​ 25 °C)​​. Já o octano (​​ ​C​8​​​H​18​​)​​, principal componente da gasolina, é líquido.

Dica

Ilustrações: Sergio Lima/ Arquivo da editora

Em geral, quanto maiores o tamanho e a massa molecular de uma molécula, maiores serão suas temperaturas de fusão e de ebulição, pois há uma região maior de contato entre moléculas e mais possibilidade de interações intermoleculares.

UNIDADE

2

Imagens desta página sem proporção e em cores fantasia.

Molécula do propano.

Molécula do octano.

Confira o efeito da interação intermolecular dipolo induzido-dipolo induzido com a molécula de oxigênio no exemplo a seguir. δ δ

A.

B.

δ

C. interação intermolecular δ

δ

δ

δ δ

δ

δ

δ

δ

δ δ

molécula não polarizada

molécula não polarizada

Representação de duas moléculas não polarizadas.

dipolo dipolo instantâneo induzido Representação do surgimento mútuo do dipolo induzido nas moléculas.

δ δ

δ

δ

Ilustrações: Sergio Lima/ Arquivo da editora

δ

δ

Representação do “efeito cascata” e formação de dipolos induzidos em outras moléculas de oxigênio.

Antes de serem formalmente estudadas e explicadas pela ciência, as interações intermoleculares já eram exploradas por comunidades tradicionais. Um exemplo disso pode ser percebido na extração do óleo de coco em comunidades quilombolas. Esse e outros conhecimentos dessas comunidades são transmitidos de forma oral por seus membros. Nas comunidades quilombolas, a preservação dessas práticas é desempenhada pelos griôs, que são os membros da comunidade reconhecidos como guardiões dos saberes tradicionais e das tradições ancestrais. Eles aprendem com os mais velhos e ensinam os mais jovens, funcionando como um elo entre os saberes do passado e do futuro. Graças ao trabalho dos griôs, práticas e técnicas antigas, como a extração do óleo de coco, continuam sendo transmitidas até hoje. Para extrair o óleo de coco, os quilombolas seguem um processo cuidadoso e artesanal. Primeiro, os cocos são colhidos e triturados para facilitar o acesso à polpa, a qual passa pelo processo de secagem ao sol e depois é cozida em água, um método que permite que o óleo de coco vá para a superfície e seja separado da água com utensílios simples, como colheres ou conchas. Por muito tempo, práticas como essas e as características da cultura e do modo de vida das comunidades quilombolas não foram amplamente reconhecidas ou documentadas em pesquisas oficiais. Somente no Censo de 2022 realizado pelo Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE) foi feita uma investigação mais detalhada sobre a população quilombola, revelando que há cerca de 1,3 milhão de pessoas que pertencem a essas comunidades no Brasil. Porque o óleo é uma substância 5. Por que óleo e água não se misturam? Resposta: apolar, enquanto a água é polar. 6. Qual propriedade explica o fato de o óleo de coco flutuar sobre a água? Resposta: Densidade. 7. Pesquise outros saberes tradicionais das comunidades quilombolas do Brasil. 7. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes encontrem, por meio da pesquisa, diversos saberes tradicionais quilombolas, como técnicas agrícolas, práticas de medicina tradicional e práticas de preservação da história oral.

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Dipolo permanente-dipolo permanente

Ilustrações: Sergio Lima/ Arquivo da editora

As interações do tipo dipolo permanente-dipolo permanente ou dipolo-dipolo ocorrem entre moléculas polares, que não apresentam distribuição uniforme de suas cargas. Essa distribuição assimétrica de cargas é responsável pela formação de dipolos elétricos permanentes, o que faz surgir atração eletrostática per− + manente entre os dipolos elétricos de moléculas polares com outras ​​(​δ​​ ​​↔ ​​δ​​ )​​​. Nesse caso, o átomo mais eletronegativo de uma molécula é atraído pelo átomo menos eletronegativo de outra, bem parecido com a interação de tipo dipolo induzido-dipolo induzido. Analise o exemplo do ácido clorídrico (​​ HC𝓁)​​ a seguir. δ

δ δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

dipolo permanente

Representação dos dipolos permanentes e interação entre duas moléculas de ácido clorídrico.

Imagens desta página sem proporção e em cores fantasia.

δ

δ

δ δ

dipolo permanente

δ

δ

δ

δ δ

δ

δ

δ

δ

Representação da interação intermolecular entre várias moléculas de ácido clorídrico.

A interação dipolo permanente-dipolo permanente tem intensidade média, com exceção de alguns casos especiais que vamos ver no tópico Ligações de hidrogênio. Por conta disso, as temperaturas de fusão e de ebulição de moléculas que fazem esse tipo de interação são levemente maiores do que as das moléculas apolares, e a maior parte se encontra no estado gasoso em temperatura ambiente (​​ 25 °C)​​, como é o caso do ácido clorídrico, do dióxido de enxofre (​​ ​SO​  2​​) ​​e do monóxido de carbono (​​ CO)​​. Quanto mais polar e/ou maior for o tamanho e a massa molecular da molécula, maiores serão as temperaturas de fusão e de ebulição, como no exemplo a seguir, em que a quantidade de átomos eletronegativos (átomos de cloro) e a massa das moléculas aumentam. O diclorometano (​​ C​H​2​​​C𝓁​ 2​​)​​ tem dois átomos de cloro, é mais polar e tem temperatura de ebulição igual a ​ 40 °C​, sendo líquido à temperatura ambiente.

O triclorometano (​​ CH​C𝓁​ 3​​)​​ tem três átomos de cloro, é líquido à temperatura ambiente, mas é ainda mais polar e tem temperatura de ebulição igual a ​61 °C​.

Molécula do diclorometano.

Molécula do triclorometano​​.

Ilustrações: Sergio Lima/ Arquivo da editora

O clorometano (​​ C​H​3​​C𝓁) ​​ tem um átomo de cloro e temperatura de ebulição igual a ​− 24 °C​, sendo gasoso à temperatura ambiente.

Molécula do clorometano.

Íon-dipolo A interação intermolecular mais forte é aquela que se estabelece entre um íon e uma molécula polar. Os cátions interagem com a extremidade negativa de um dipolo, e os ânions, com a extremidade positiva. A interação pode aumentar com a elevação da carga iônica e/ou magnitude do momento dipolar. E a distância entre o íon e o dipolo também influencia: se estiverem mais próximos, mais forte será a atração.

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Ilustrações: Cynthia Sekiguchi/ Arquivo da editora

Essa interação explica, por exemplo, a solvatação dos compostos iônicos em água. Confira a seguir os íons do cloreto de sódio ​​(NaC𝓁) ​​ solvatados pela água. δ

δ

−

δ

–

δ– +

δ

δ

Imagens desta página sem proporção e em cores fantasia.

δ– δ

δ

UNIDADE

2

δ–

Representação das moléculas de água em − volta do ânion cloro (​​ ​C𝓁​​ ​)​​.

δ– δ

–

Representação das moléculas de água em volta + do cátion sódio (​​ ​Na​​ )​​​.

Professor, professora: Explique que todas as interações intermoleculares têm, em maior ou menor grau, semelhança com a força de uma ligação química. Além disso, diga que a ligação de hidrogênio tem esse nome porque se aproxima de uma ligação covalente por meio da interação de um átomo muito eletronegativo com hidrogênios vizinhos (pouco eletronegativos).

Ligações de hidrogênio

As ligações de hidrogênio são interações intermoleculares de alta intensidade e ocorrem em moléculas que têm átomos de hidrogênio ligado ao flúor (​​ F)​​, ao oxigênio (​​ O) ​​, ao nitrogênio (​​ N) ​​ou a qualquer outro átomo bastante eletronegativo – como ​C𝓁​, por exemplo.

Ilustrações: Cynthia Sekiguchi/ Arquivo da editora

As interações intermoleculares entre duas moléculas de água são um exemplo de ligação de hidrogênio. Sua polaridade é tão grande que interage fortemente com as moléculas ao redor. ligação de hidrogênio

ligação covalente Representação da estrutura cristalina do gelo. As ligações de hidrogênio são tão fortes que criam macroestruturas temporárias entre as moléculas participantes.

Representação da ligação covalente presente na molécula de água e da interação do tipo ligação de hidrogênio entre moléculas de água.

Como essa atração é muito intensa, a energia necessária para rompê-la é alta, logo essas substâncias têm elevadas temperaturas de fusão e de ebulição, exceto o fluoreto de hidrogênio e a amônia, com temperaturas de ebulição iguais a ​19,5 °C​e ​− 33 °C​, respectivamente. No começo deste capítulo, vimos que alguns insetos conseguem “caminhar” sobre a água. Isso é possível por causa das ligações de hidrogênio entre as moléculas de água, que são fortes o bastante para mantê-las próximas e criar uma forte tensão superficial na água, permitindo que esses insetos se locomovam pela superfície. Se a água fosse agitada ou um composto tensoativo fosse adicionado a ela, essa tensão se romperia. Dica Os tensoativos, presentes no detergente e no sabão, podem alterar as propriedades de superfície das soluções aquosas, pois diminuem as interações entre as moléculas. A estrutura molecular desses compostos contém uma cauda apolar que interage com óleos e gorduras (apolares) e uma cabeça polar que interage com a água.

CH3

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

cauda apolar que interage com o óleo

CH2

CH2

O C O− Na+ cabeça polar que interage com a água

Representação da estrutura molecular de um composto tensoativo encontrado no sabão.

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LIGADO NO TEMA Materiais hidrofóbicos e a segurança no trânsito Você conhece aplicações da Química em diversas áreas do nosso cotidiano, como é o caso da fabricação de cosméticos e de produtos para tratamento de água e de esgoto. A Química também está presente em situações menos evidentes, como na segurança do trânsito.

Ministério da Infraestrutura/Governo Federal

Ao atravessar a rua a pé, você já está fazendo parte do trânsito porque exerce o papel de pedestre, e assim tem direitos e obrigações, como atravessar na faixa de pedestres. Os motoristas também têm o seu papel, como respeitar limites de velocidade e não ultrapassar em lugares inapropriados. Tais cuidados devem ser tomados diariamente, especialmente em dias de chuva porque ela pode trazer problemas como a redução da visibilidade de pedestres e de motoristas e a diminuição do atrito entre o veículo e a pista, o que aumenta a distância de frenagem. Por isso, é importante ter atenção extra em dias chuvosos. Veja no cartaz a seguir alguns cuidados destacados aos condutores.

Cartaz da campanha de cuidados para condução em dias de chuva, Ministério dos Transportes, 2021.

A Química tem ajudado a solucionar algumas questões nesse âmbito. Os airbags, por exemplo, podem amortecer impactos em caso de uma colisão, pois nesses dispositivos ocorre uma reação química que forma um gás, que infla uma espécie de bolsa de ar, evitando ferimentos mais graves. Em dias de chuva intensa, a visibilidade dos motoristas pode ser afetada pelo acúmulo de água na superfície do para-brisa. Há pesquisas que indicam que 20% dos acidentes de carro no mundo podem estar ligados a condições meteorológicas desfavoráveis. Atualmente, há produtos no mercado que oferecem uma solução para esse problema: os cristalizadores de vidro. Eles são produtos hidrofóbicos, ou seja, que não apresentam afinidade com as moléculas de água devido à diferença de polaridade entre os compostos presentes no cristalizador e a água. Os tensoativos também são compostos que podem executar esse papel, pois são apolares em sua maioria.

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Quando a água da chuva entra em contato com o para-brisa externo protegido pelo cristalizador, a aderência dessas moléculas é significativamente diminuída, reduzindo o acúmulo de água sobre a superfície do vidro. GoGoNano/Shutterstock.com

Imagens desta página sem proporção e em cores fantasia.

Para-brisa dianteiro com tratamento que repele a água.

Ilustrações: Ohanna Schmitt/Arquivo da editora

Confira a seguir como a gota de água no vidro pode atrapalhar a passagem da luz.

luz incidente

luz refletida luz incidente

produto superfície

gota superfície

Representação de raios de luz sendo refletidos por uma gota de água na superfície do para-brisa.

Representação da superfície do para-brisa com uma camada do cristalizador hidrofóbico, que repele a água e permite a passagem da luz.

Imagens elaboradas com base em: WAHAB, Izzati Fatiamah et al. Fundamentals of antifogging strategies, coating techniques and properties of inorganic materials; a comprehensive review. Journal of Materials Research and Technology, v. 23, p. 687-714, mar./abr. 2023.

Outro problema que pode acontecer na parte interna é o embaçamento do para-brisa dos carros e da viseira do capacete dos motociclistas. Ele pode ser resolvido com produtos chamados antiembaçantes, ou seja, que evitam o embaçamento do vidro, pois o produto tem compostos apolares em sua composição, e confere uma camada hidrofóbica que impede que o vapor de água se condense no para-brisa interno, o que poderia gerar problemas na visibilidade do motorista. a ) Qual é a relação entre os cristalizadores e a frase “semelhante dissolve semelhante”? Resposta: Os cristalizadores têm polaridade diferente da polaridade da molécula da água, o que dificulta sua interação com ela. Isso resulta em menor aderência da água na superfície do vidro.

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ATIVIDADES

NÃO ESCREVA NO LIVRO.

Respostas das questões 4 e 5 nas Orientações para o professor.

1. Escreva o tipo de interação intermolecular presente em sistemas puros de cada uma das substâncias a seguir: ​C​H​4​(geometria tetraédrica), ​S​O​2​(geometria angular), ​B​F​3​(geometria trigonal plana), ​HC𝓁​(geometria Resposta: ​C​H​4​​​ - dipolo induzido-dipolo induzido; ​S​O​2​​​ - dipolo permanente-dipolo linear) e ​N​H​3​(geometria piramidal). permanente; ​B​F​ ​​​ - dipolo induzido-dipolo induzido; ​HC𝓁​ - dipolo permanente-dipolo 3

permanente; ​N​H​3​​​ - ligações de hidrogênio.

2. O etanol (​ C​H​3​C​H​2​OH)​ ​é um combustível muito utilizado em automóveis. No processo de combustão, ele reage com o gás oxigênio (​ ​O​2​)​e forma o dióxido de carbono (​ C​O​2​)​e a água (​ ​H​2​O)​.

a ) Analise as afirmações a seguir, sobre as substâncias envolvidas nessa reação química, e identifique as alternativas corretas e incorretas, corrigindo as afirmativas incorretas. Resposta: I) Incorreta. O gás oxigênio é uma substância simples. II) Correta.

I ) Todas as substâncias são compostas. III) Incorreta. O oxigênio é apolar. IV) Correta. V) Incorreta. A temperatura de ebulição do dióxido de carbono é menor do que a da água.

II ) As moléculas de ​O​2​e ​C​O​2​apresentam a mesma geometria molecular. III ) ​O​2​e ​C​2​H​6​O​são moléculas polares.

IV ) Moléculas de ​H​2​O​apresentam interações do tipo ligações de hidrogênio.

V ) A temperatura de ebulição do dióxido de carbono é maior do que a da água ​(​H​2​O)​ por causa da presença de interações do tipo dipolo induzido-dipolo induzido.

b ) Considerando que a queima do etanol libera dióxido de carbono para a atmosfera, ainda assim esse combustível é menos prejudicial ao meio ambiente do que a gasolina. Explique por quê.

3. Com os conhecimentos científicos referentes à distribuição eletrônica, foi possível fazer previsões sobre a geometria de uma molécula e de sua polaridade. A respeito desse assunto, identifique a alternativa correta.

Resposta: Alternativa d.

a ) Uma substância polar é o solvente ideal para compostos apolares. b ) As moléculas assimétricas tendem a ser apolares.

c ) Moléculas polares tendem a apresentar interações intermoleculares do tipo dipolo induzido-dipolo induzido. d ) A molécula de gás carbônico apresenta ligações covalentes polares e geometria linear e é uma substância apolar. e ) A água é uma molécula apolar que apresenta interações intermoleculares do tipo ligações de hidrogênio.

4. Veja a representação do teste de determinação do etanol na gasolina. 2.

Representação da 1ª etapa.

3.

Representação da 2ª etapa.

4.

Representação da 3ª etapa.

Ilustrações: Heloísa Pintarelli/Arquivo da editora

1.

Imagens desta página sem proporção e em cores fantasia.

Representação da 4ª etapa.

Explique o funcionamento desse teste, informando que tipos de interações intermoleculares ocorrem.

5. Os compostos polares como o ácido fluorídrico ​(HF)​, amônia (​ N​H​3​)​e água ​(​H​2​O)​​apresentam elevadas temperaturas de fusão e de ebulição se forem comparadas com compostos apolares.

a ) Quais tipos de interações intermoleculares estão presentes em sistemas puros de cada um desses compostos polares? Justifique sua resposta. b ) Sabendo que a eletronegatividade aumenta da esquerda para a direita na tabela periódica e considerando apenas este fator, em qual deles espera-se haver interações intermoleculares mais fortes?

134

2. b) Resposta: Espera-se que os estudantes comentem que a gasolina é um combustível fóssil, não renovável e não sustentável. Complemente informando que na sua composição pode haver compostos com enxofre, o que resulta na produção de mais substâncias tóxicas e poluentes.

05/11/2024 15:28:17

UNIDADE

2 6. Observe a tabela a seguir. Substâncias e propriedades Substância

Fórmula química

Temperatura de ebulição (​​ °C)​​

Fórmula estrutural

O Acetona

​​C​3​​​H​6​​O​

H3C

C O

Água

​​H​2​​O​

H

Etanol

​​C​2​​​H​6​​O​

CH3 CH2

56,08

CH3 H

100

OH

78,24

Fonte de pesquisa: HAYNES, William M. (ed.). CRC Handbook of Chemistry and Physics. 97. ed. Oakville: CRC Press LLC, 2017.

Respostas nas Orientações para o professor.

a ) Qual é a polaridade de cada substância? b ) Qual é o tipo de interação intermolecular predominante em cada substância? c ) Por que a molécula de água apresenta a maior temperatura de ebulição? d ) Quais dessas substâncias poderiam ser dissolvidas em óleo? Justifique sua resposta.

7. As fórmulas estruturais dos compostos etano, etanol e etilamina estão representadas a seguir. H3C

CH3

Etano.

H3C

OH

H3C

Etanol.

NH2

Etilamina.

Com base nos conhecimentos adquiridos, verifica-se que, dos três compostos, é possível dissolver em água: a ) apenas o etano.

c ) o etano e o etanol.

b ) apenas o etanol.

d ) o etanol e a etilamina.

Resposta: Alternativa d.

e ) apenas a etilamina.

Lucky mame/Shutterstock.com

8. Note que na fotografia há gotas de água na superfície da folha de uma

planta. A folha apresentada é da planta aquática lótus, que tem folhas largas e altamente hidrofóbicas, e serve de inspiração para criação de novos produtos autolimpantes. a ) Correlacione seus conhecimentos sobre interações intermoleculares com as gotas de água mostradas na fotografia. b ) Como funciona essa capacidade autolimpante do lótus? E como pode ser relacionado com interações intermoleculares? Faça pesquisa em fontes confiáveis para complementar a resposta.

Gotas de água sobre as folhas de lótus.

Resposta: A folha é autolimpante porque apresenta compostos apolares em sua superfície.

9. As moléculas podem ser classificadas em apolares ou polares. Essa classificação está relacionada à polaridade das ligações e à geometria da molécula. Estudando as moléculas dos gases nitrogênio ​(​N​2​)​, dióxido de carbono (​ ​C​O​2​)​e monóxido de carbono (​ CO)​, qual delas pode ser classificada como polar? Justifique sua resposta.

Resposta: Entre as moléculas apresentadas, somente o ​CO​é polar, visto que o vetor resultante do momento de dipolo é diferente de zero.

10. Indique o tipo de geometria referente ao número de pares de elétrons ligantes e pares de elétrons não ligantes no átomo central e considerando que os elétrons ligantes formam apenas ligações simples.

a ) 2 pares de elétrons ligantes e 2 pares de elétrons não ligantes. Resposta: Geometria angular. b ) 3 pares de elétrons ligantes e 1 par de elétrons não ligantes. Resposta: Geometria piramidal.

11. Analise as informações do tetraclorometano

​(C​C𝓁​4​)​e metano ​(C​H​4​)​na tabela quando estão ao nível do mar e responda às questões. a ) Qual é o tipo de interação que essas moléculas fazem? Resposta: Dipolo induzido-dipolo induzido. b ) Qual molécula apresenta maior polaridade em suas ligações? Resposta: Tetraclorometano.

Temperatura de ebulição (​​ ​T​e​​)​​ e massa molecular (​​ MM)​​ do ​C​C𝓵​ 4​​​ e ​C​H​4​​​ Substância

​​T​e​​ ​(°C)​​

​MM (​ u)​​

​C​C𝓁​ 4​​​

76,7

154

​C​H​4​​​

​− 161,5​

16

Fonte de pesquisa: HAYNES, William. M. (ed.). CRC Handbook of Chemistry and Physics. 97 ed. Oakville: CRC Press LLC, 2017.

8. a) Resposta: A formação de gotas é característica de substâncias com alta tensão superficial, decorrente das ligações de hidrogênio.

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12. Leia o trecho de reportagem a seguir.

12. b) Resposta: O sabonete é constituído geralmente por surfactante, ou seja, uma molécula com características anfifílicas, que tem uma parte polar e outra apolar; já o óleo de limpeza é completamente apolar.

Entenda para que serve o cleansing oil […] É um produto a base de óleo que serve para tirar a maquiagem e outras impurezas da pele. Esse tipo de demaquilante faz há muito tempo parte da rotina de beleza das mulheres asiáticas, princi­palmente as japonesas e coreanas. O óleo “derrete” tudo o que é à base de óleo e que gruda em nossa pele e é especialmente interessante para tirar maquiagens mais pesadas ou à prova d’água. […] A dermatologista Karla Lessa alerta que é preciso usar com parcimônia. Para evitar a obstrução dos poros e, consequentemente, o surgimento de cravos e espinhas”, afirma. […] EIRAS, Natália. Entenda para que serve o cleansing oil. Folha de Londrina, ed. 21 952, ano 71, 19 out. 2020. p. 17.

a ) Explique por que o cleansing oil é eficaz para remover maquiagens mais pesadas ou à prova d’água. Considere que maquiagens são produzidas com ceras (compostos altamente apolares) e pigmentos apolares. Resposta: Porque sua polaridade é semelhante à dos compostos da maquiagem, que são apolares, gerando melhor solubilização.

b ) Qual é a diferença de características químicas entre um sabonete comum e um cleansing oil? c ) Explique por que o cleansing oil pode aumentar o surgimento de cravos e espinhas na pele.

Resposta: O cleansing oil pode permanecer na pele e formar uma película oleosa, obstruindo os poros e levando à formação de cravos e espinhas.

13. O consumo adequado de vitaminas faz parte de uma dieta balanceada e saudável. Elas estão presentes em alimentos como frutas, verduras e cereais. As vitaminas podem ser lipossolúveis ou hidrossolúveis, fator que determina sua absorção pelo organismo. Confira a seguir a estrutura de algumas vitaminas. H3C

CH3

CH3

OH

CH3

O

CH3

HO

Fórmula estrutural da vitamina A.

13. a) Resposta: Vitamina C, pois é uma molécula pequena e contém diversos átomos de oxigênio que podem fazer ligações de hidrogênio com a água.

OH

Fórmula estrutural da vitamina C. CH3

O

O

HO

OH

CH3

CH3

CH3 O H3C

CH3

Fórmula estrutural da vitamina K1.

a ) Qual(is) vitamina(s) pode(m) ser classificada(s) como hidrossolúvel(is)? Justifique sua resposta. b ) Qual(is) vitamina(s) pode(m) ser classificada(s) como lipossolúvel(is)? Justifique. Resposta: Vitaminas A e K1, dado que têm longas cadeias apolares.

c ) Quais estratégias podem ser adotadas na alimentação para promover uma maior absorção da(s) vitamina(s) indicada(s) no item anterior? Se necessário, pesquise em fontes confiáveis para complementar sua resposta. Resposta: Consumi-las com alguma fonte de gordura boa, para melhor solubilização.

14. A ocorrência de forças de interação é imprescindível para o funcionamento de materiais adesivos. Em sua maioria, os adesivos são compostos de polímeros sintéticos, como o polietileno.

Esse tipo de adesivo adere a superfícies como plásticos e madeira em razão do estabelecimento de interações do tipo: Resposta: Alternativa c. a ) íon-dipolo.

c ) dipolo induzido-dipolo induzido.

b ) ligação de hidrogênio.

d ) dipolo permanente-dipolo permanente.

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CAPÍTULO

8

1. Resposta: Espera-se que os estudantes comentem que as bactérias e os fungos decompositores se alimentam de matéria orgânica proveniente dos seres vivos, como fezes, folhas, frutos que caem das árvores e partes do corpo de cadáveres. A decomposição da matéria orgânica devolve para o ambiente substâncias que as plantas utilizam em seu desenvolvimento. 2. Resposta: O objetivo desta questão é resgatar os conhecimentos prévios dos estudantes sobre matéria orgânica. Verifique se eles comentam que a matéria orgânica é formada por compostos que apresentam átomo de carbono.

Funções orgânicas I

Guillermo Ponce/Shutterstock.com

Introdução à Química Orgânica 1. Alguns seres vivos microscópicos, como fungos e bactérias, desempenham um importante papel nos ecossistemas, conforme apresentado na fotografia. Troque ideias com um colega a respeito dessa importância.

2. O que você entende por matéria orgânica? Matéria orgânica em decomposição.

Por volta do final do século XVIII, cientistas de diversas áreas, como químicos e biólogos, estavam interessados em isolar e identificar as substâncias presentes em organismos vivos. Essas substâncias continham propriedades muito diferentes das observadas nos minerais. Nesse contexto, no início do século XIX, o químico sueco Jöns Jacob Berzelius (1779-1848) propôs a teoria da força vital, com base na ideia de que os compostos orgânicos só eram oriundos de organismos vivos e não poderiam ser obtidos artificialmente. No entanto, em 1828, o químico alemão Friedrich O Representação Wöhler (1800-1882) realizou em seu laboratório a síntese ∆ da síntese da NH OCN C 4 de um composto orgânico, a ureia ​​(​CH​4​​ ​N​2​​ O)​​, por meio ureia realizada H2N NH2 por Friedrich do aquecimento de um composto inorgânico, o cianato de cianato de ureia Wöhler. amônio amônio (​​ ​NH​4​​ OCN)​​, conforme equação química. As equações químicas são fundamentais para entendermos como as reações acontecem. Elas são a representação, por meio de símbolos, de fenômenos observáveis e farão parte de todo seu estudo de Química, por isso precisamos entender quais são seus componentes.

Os reagentes (R): ficam do lado esquerdo e são as substâncias iniciais. A seta (​​ →) ​​: indica a ocorrência de uma reação química. Os produtos (P): ficam do lado direito e são as substâncias produzidas. ​R + ​ R ​ ​→ P ​ + ​ P ​​ Algumas reações acontecem em condições específicas, como aquecimento (​​ Δ)​​, e isso também pode ser representado com símbolos acima da seta da equação química.

Anteriormente, só era possível obter a ureia por meio da urina, um produto proveniente de seres vivos. Dessa forma, a teoria da força vital foi desacreditada e diversos compostos orgânicos passaram a ser sintetizados e estudados. Nesse cenário surge a Química Orgânica, o campo da Química que estuda compostos formados por átomos de carbono (​​ C)​​, suas propriedades, suas sínteses e aplicações. A síntese de compostos orgânicos também foi muito importante 3. A Ciência é uma construção para que o bioquímico russo Aleksandr Ivanovich Oparin (1894-1980) e humana desenvolvida ao longo do tempo com a participação o biólogo inglês John Haldane (1892-1964) formulassem a teoria sobre de diversas pessoas. Como a origem da vida. Eles acreditavam que a atmosfera da Terra primitiva você identifica essa informação era formada pelos gases metano (​​ ​CH​4​​)​​, amônia (​​ ​NH​3​​)​​, hidrogênio (​​ ​H​2​​)​​ e nos parágrafos anteriores? vapor de água (​​ ​H​2​​ O)​​, sem a presença de gás oxigênio (​​ ​O​2​​)​​. Resposta: Espera-se que os estudantes entendam como a descoberta de pequenos fragmentos de informação por diferentes cientistas contribuem para um entendimento unificado de um fenômeno.

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O H3C

Imagem sem proporção e em cores fantasia.

2. 1.

O OH

H2N

NH2 Fórmula estrutural da alanina.

3.

OH

Representação do experimento realizado por Miller e Urey.

Fórmula estrutural da glicina.

Imagem elaborada com base em: JUNQUEIRA, Luiz C.; CARNEIRO, José. Biologia celular e molecular. 9. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2012. p. 11.

Professor, professora: Comente com os estudantes que na ilustração as setas indicam o fluxo de água no condensador.

Os aminoácidos foram os precursores dos primeiros organismos vivos, mas os seres vivos têm tanto compostos orgânicos quanto inorgânicos.

Dica

Por definição, os compostos orgânicos têm o átomo de carbono em sua composição. No entanto, há compostos com carbono considerados inorgânicos, como diamante, grafite, monóxido de carbono (​​ CO)​​, carbonatos e bicarbonatos. Geralmente, os compostos orgânicos apresentam o carbono ligado ao hidrogênio ​​(H)​​; os compostos inorgânicos, não – por exemplo, o ácido fórmico​​ (​CH​2​​​O​2​​)​​, que é o ácido orgânico mais simples, e o ácido carbônico ​​(​H​2​​​CO​3​​)​​, um composto inorgânico. Confira a seguir. O H

Heloísa Pintarelli/Arquivo da editora

Em 1952, os químicos estadunidenses Stanley Miller (1930-2007) e Harold Urey (1893-1981) fizeram um experimento envolvendo um dispositivo fechado que continha os gases supostamente existentes na atmosfera primitiva (1), como mostra a imagem do experimento. Durante uma semana, esses gases foram aquecidos, resfriados e submetidos a descargas elétricas (2). Ao final desse período, foi possível observar a formação dos aminoácidos alanina (​​ ​C​3​​​H​7​​​NO​2​​)​​ e glicina ​​(​C​2​​​H​5​​​NO​2​​)​​ (3), compostos orgânicos precursores da vida.

C

Todas as moléculas orgânicas contêm carbono, porém nem todas as moléculas que contêm carbono são orgânicas.

O O

H

Fórmula estrutural do ácido fórmico.

H

O

C

O

Fórmula estrutural do ácido carbônico.

H

Além de átomos de carbono ligados a átomos de hidrogênio, as moléculas orgânicas costumam ter outros átomos em sua CH3 O CH2 H3C composição, como oxigênio (​​ O)​​, nitrogênio (​​ N)​​, enxofre (​​ S)​​, fósforo (​​ P)​​ e halogênios. As ligações entre esses átomos e o carbono Fórmula estrutural em que o oxigênio é um heteroátomo. são predominantemente covalentes. Quando qualquer um desses átomos estiver inserido na cadeia carbônica, entre dois ou mais átomos de carbono, recebe o nome de heteroátomo. No século XIX, o químico alemão Friedrich Kekulé (1829-1896) reuniu três postulados para explicar as propriedades do átomo de carbono. 1º postulado: o átomo de carbono é tetravalente. O carbono é tetravalente, ou seja, realiza quatro ligações covalentes. Confira as estruturas a seguir. H H

C H

H H

Fórmula estrutural do metano (​​ C​H​4​​)​​.

H C

H

C H

Fórmula estrutural do eteno (​​ ​C​2​​​H​4​​)​​.

H

C

C

H

Fórmula estrutural do etino (​​ ​C​2​​​H​2​​)​​.

138

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UNIDADE

2 2º postulado: as quatro valências do carbono são iguais entre si. O átomo de carbono tem quatro elétrons de valência e as valências são equivalentes.

H

C

H

H

C H

H

C

C

H

H Fórmula estrutural do clorometano (​​ ​CH​3​​ C𝓁) ​​.

Segunda fórmula estrutural equivalente.

H

C

H H

C

C

C Terceira fórmula estrutural equivalente.

H

H Quarta fórmula estrutural equivalente.

3º postulado: os átomos de carbono ligam-se entre si formando cadeias carbônicas. O carbono tem a propriedade de se ligar a outros átomos de carbono formando cadeias estáveis, chamadas cadeias de carbonos ou cadeias carbônicas, de diversos tamanhos e disposições. Por outro lado, os compostos inorgânicos costumam conter metais ou hidrogênio combinados a um átomo do grupo dos ametais. Podem ser formados por ligações iônicas, como no caso do cloreto de sódio​​ (NaC𝓁) ​​, ou covalentes, como o dióxido de carbono (​​ C​O​2​​)​​. Essas características tornam as propriedades físicas e químicas dos compostos orgânicos e inorgânicos bem diferentes.

Propriedades dos compostos orgânicos As propriedades físicas e as propriedades químicas das moléculas orgânicas são influenciadas por sua composição e variam de acordo com os tipos de átomo ligados aos átomos de carbono, com o tamanho da cadeia carbônica, com os tipos de ligação e com o arranjo espacial das moléculas. Entre essas propriedades, destacam-se a polaridade molecular, a solubilidade e as interações intermoleculares.

Polaridade molecular Compostos orgânicos formados apenas por átomos de carbono e de hidrogênio, como o eteno ​​(​C​2​​​H​4​​)​​, são apolares, ou seja, têm momento dipolar igual a zero. Por outro lado, se houver a presença de um átomo de outro elemento químico fazendo ligação com um átomo de carbono ou hidrogênio, essa molécula geralmente será polar, como o etanol (​​ ​C​2​​​H​6​​O)​​.

CH2

CH2

Fórmula estrutural do eteno.

CH3

CH2 OH

Fórmula estrutural do etanol.

Solubilidade em água Leia o seguinte trecho de reportagem.

Pesquisadora desenvolveu detergente especial para combater poluentes Produto foi fundamental no combate aos vazamentos de óleo no Nordeste em 2019 PESQUISADORA desenvolveu detergente especial para combater poluentes. Nacional Jovem, 25 jan. 2023. Disponível em: https://radios.ebc.com.br/nacional-jovem/2023/01/pesquisadora-desenvolveu-detergente -especial-para-combater-poluentes. Acesso em: 20 ago. 2024.

O detergente descrito na manchete da reportagem foi desenvolvido por uma equipe de cientistas, em Pernambuco, liderada pela química Leonie Asfora Sarubbo. Esse detergente desempenhou um papel crucial na limpeza de áreas afetadas por derramamento de óleo nas praias do Nordeste em 2019. Ele é formulado com base em extratos vegetais e outros compostos 4. O detergente descrito teve um papel essencial naturais, o que o torna biodegradável e menos agressivo na limpeza de superfícies, animais e até de ao meio ambiente em comparação aos convencionais. pessoas. Qual é a propriedade das moléculas de Portanto, foi usado para limpar a superfície de rochas, detergente que garante a versatilidade de uso? corais, animais, vegetação e até mesmo pessoas que tiveram contato com o óleo. 4. Resposta: É a polaridade das moléculas do detergente. O óleo e a água são misturas

imiscíveis entre si. A molécula de detergente tem uma cadeia carbônica com uma parte polar e outra apolar, assim a parte polar se liga às moléculas da água e a parte apolar se liga às moléculas do óleo, ocorrendo a dissolução do óleo na água.

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Imagens desta página sem proporção e em cores fantasia. O

5. Você já lavou uma frigideira ou uma panela engordurada somente

O−

parte polar

C

com água? Se sim, o que aconteceu?

−

parte polar

CH2 CH2

Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes respondam que a água não removeu o óleo da frigideira.

CH2

Os compostos apolares são insolúveis em água e solúveis em outros compostos orgânicos. Quando lavamos uma frigideira suja de óleo, por exemplo, não conseguimos remover a gordura apenas com água, porque o óleo de cozinha é apolar. Para limpá-la com eficiência, é necessário adicionar detergente, que em sua composição apresenta uma parte apolar e outra polar, conforme os exemplos. Notamos também que, quanto mais polar for o composto orgânico, maior será sua tendência de solubilizar-se em água, ou seja, quanto mais átomos diferentes de carbono e hidrogênio a molécula tiver, maior será sua solubilidade, como ocorre no etanol e na acetona, solúveis em água.

CH2 CH2 CH2 CH2 CH2

parte apolar

parte apolar

Fórmula estrutural do estearato de sódio.

Representação da molécula responsável pela ação limpante de detergentes.

CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH3

6. Cite outra situação do cotidiano em que é necessário usar um

composto apolar ou detergente para dissolver outro composto apolar.

Resposta pessoal. Os estudantes podem citar o uso de detergentes para limpar as mãos sujas de graxa, entre outras situações.

Estados de agregação dos compostos orgânicos À temperatura ambiente, os compostos orgânicos podem ser encontrados nos estados de agregação (ou fases) sólido, líquido e gasoso. Isso ocorre porque, dependendo de sua composição, diferentes forças intermoleculares agem sobre as moléculas, levando a diferentes temperaturas de fusão e de ebulição. Conforme visto no capítulo anterior, a ligação de hidrogênio é uma interação intermolecular muito intensa, ocorrendo, por exemplo, nos compostos com grupos O ​ ​− ​H​, como a sacarose (​​ ​C​12​​ ​H​22​​ ​O​11​​)​​, que é sólida à temperatura ambiente.

C.

B. Açúcar refinado em cubos.

A.

Pessoa utilizando removedor de esmalte.

B.

CH2OH O OH O

OH OH

CH2OH O HO

C CH2OH

OH

Fórmula estrutural da sacarose.

Chama produzida em fogão.

C.

O H3C

Denis Dryashkin/Shutterstock.com

A.

Carbonell/Shutterstock.com

Dream79/Shutterstock.com

Em seguida, temos a interação dipolo permanente-dipolo permanente presente, por exemplo, na acetona (​​ ​C​3​​​H​6​​O)​​. A força intermolecular nos compostos orgânicos apolares é do tipo dipolo induzido-dipolo induzido e é a mais fraca. Compostos apolares de cadeias carbônicas curtas, como o butano, são gases à temperatura ambiente, enquanto os de cadeia longa podem ser líquidos ou sólidos.

CH3

Fórmula estrutural da propanona (acetona), principal componente do removedor.

CH3

CH2 CH2 CH3

Fórmula estrutural do butano, um dos principais componentes do gás de cozinha.

140

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Classificação das cadeias carbônicas As cadeias carbônicas podem ser classificadas de acordo com diferentes aspectos de sua composição e estrutura. Confira a seguir alguns critérios para a classificação.

UNIDADE

2

1. Fechamento da cadeia: as cadeias carbônicas podem ser abertas, fechadas ou mistas. • Cadeias abertas, acíclicas ou alifáticas: ocorrem quando se têm pelo menos duas extremidades e não há presença de ciclos. • Cadeias fechadas ou cíclicas: ocorrem em moléculas em que todos os átomos de carbono estão unidos, formando ciclos. Fórmula estrutural do ciclohexano (​​ ​C​6​​ ​H​12​​)​​, composto de cadeia fechada.

Fórmula estrutural do propano (​​ ​C​3​​ ​H​8​​)​​, composto de cadeia aberta.

• Cadeias mistas: apresentam porções tanto de cadeia aberta quanto de cadeia fechada. HO

NH2 Fórmula estrutural da dopamina (​​ ​C​8​​​H​11​​​NO​2​​)​​, composto de cadeia mista.

HO

2. Disposição dos átomos na cadeia: as cadeias carbônicas podem ser lineares ou ramificadas. Um carbono pode ser considerado primário se estiver ligado a, no máximo, outro átomo de carbono. Se o átomo de carbono estiver ligado a dois outros átomos de carbono, será considerado secundário; se estiver ligado a outros três carbonos, será terciário; e, por fim, o carbono será considerado quaternário se estiver ligado diretamente a quatro carbonos. p H3C

t C

s CH

s C

p CH3 s p q C C CH3 t CH

CH3 p

H2C s

CH2 s

carbono primário (p) carbono secundário (s) carbono terciário (t) carbono quaternário (q)

Classificação dos átomos de carbono na fórmula estrutural de um hidrocarboneto.

Fórmula estrutural do pentano (​​ ​C​5​​​H​12​​)​​.

• Cadeias normais ou lineares: apresentam somente carbonos primários ou secundários e apenas duas extremidades. • Cadeias ramificadas: apresentam três ou mais extremidades e carbonos terciários e/ou quaternários.

O

OH

Fórmula estrutural da butanona (​​ ​C​4​​​H​8​​O)​​.

Fórmula estrutural do 2-metilpropan-2-ol (​​ ​C​4​​​H​10​​O)​​.

Ambos têm cadeia linear.

Fórmula estrutural do 2,3-dimetilbutano (​​ ​C​6​​​H​14​​)​​.

Ambos têm cadeia ramificada.

3. Tipo de ligação entre átomos de carbono: as cadeias podem ser saturadas ou insaturadas. • Cadeias saturadas: apresentam apenas ligações simples entre os átomos de carbono. CH3

CH3

Fórmula estrutural do etano (​​ ​C​2​​​H​6​​)​​.

O Fórmula estrutural do etoxietano (​​ ​C​4​​​H​10​​O)​​.

• Cadeias insaturadas: apresentam pelo menos uma ligação dupla ou uma ligação tripla entre dois átomos de carbono. CH2

CH2

Fórmula estrutural do eteno (​​ ​C​2​​​H​4​​)​​.

Fórmula estrutural do ciclobuteno ​​(​C​4​​​H​6​​)​​.

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Maks Narodenko/Shutterstock.com

kaband/Shutterstock.com

Bananas verdes.

Bananas maduras.

Dica O eteno ou etileno é responsável pelo amadurecimento de frutos.

4. Natureza dos átomos: as cadeias podem ser homogêneas ou heterogêneas. • Cadeias homogêneas: não apresentam heteroátomos ao longo da cadeia carbônica. Por exemplo, A e B. • Cadeias heterogêneas: apresentam pelo menos um heteroátomo entre os carbonos ao longo da cadeia. Os heteroátomos mais comuns são oxigênio, nitrogênio, enxofre e fósforo. Por exemplo, C e D. A.

B.

C.

NH2

D.

O

+

N O

SH Fórmula estrutural da butanona.

H3C

Fórmula estrutural do etoxietano.

Fórmula estrutural da butan-1-tiol ​​(​C​4​​​H​10​​S)​​.

N N

S

H3C

Fórmula estrutural da tiamina ​​(​C​12​​​H​17​​​N​4​​OS)​​.

OH

5. Presença de anel aromático: as cadeias podem ser aromáticas ou alicíclicas. • Cadeias aromáticas: ocorrem em compostos que têm pelo menos um anel benzênico (também chamado anel aromático). Por exemplo, as estruturas A e B. • Cadeias alicíclicas ou não aromáticas: cadeias fechadas que não têm anéis aromáticos. Por exemplo, a estrutura C. A.

NH2

B.

O

C.

OH O O

Fórmula estrutural da anilina (​​ ​C​6​​​H​5​​​NH​2​​)​​.

Fórmula estrutural do ácido acetilsalicílico (​​ ​C​9​​​H​8​​​O​4​​)​​.

Fórmula estrutural do ciclo-hexano (​C​6​​​H​12​​)​​, que tem cadeias alicíclicas.

7. O ácido acetilsalicílico é um medicamento muito usado em todo o mundo. No entanto, seu uso

excessivo pode causar problemas de saúde, prejudicando principalmente o funcionamento dos rins. Converse com um colega sobre um hábito muito prejudicial à saúde, a automedicação. Pesquisem os principais problemas que essa prática pode causar e como devemos agir quando sentimos mal-estar.

Além das classificações por cadeias carbônicas há a classificação por funções químicas, variando de acordo com a natureza dos átomos presentes nos compostos orgânicos. O próximo assunto a ser explorado traz 7. Resposta: O objetivo desta questão é que os estudantes reflitam sobre os malefícios da uma dessas funções, os hidrocarbonetos. automedicação. Espera-se que eles respondam que devemos procurar um médico quando sentimos mal-estar, para que seja realizado o diagnóstico correto do problema e o medicamento seguro e eficaz seja receitado.

142

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2

ATIVIDADES

1. O betacaroteno é o pigmento que proporciona

cor amarela aos vegetais, como cenoura, batata-doce e pimentão (amarelo e verde). Os animais vertebrados convertem essa substância em vitamina A, que é essencial para a saúde. Confira a seguir a fórmula estrutural do betacaroteno.

O

A. H3C

B. OH

Fórmula estrutural do ácido acético.

C.

O

H3C

C

H3C

CH3

Fórmula estrutural da propanona.

I ) ​T​e​​= ​− 89 ° C​.

UNIDADE

1. a) Resposta: Espera-se que os estudantes respondam que o betacaroteno apresenta cadeia mista, não aromática, ramificada, homogênea e insaturada. Respostas das questões 2 e 5 nas NÃO ESCREVA NO LIVRO. Orientações para o professor.

CH3

Fórmula estrutural do etano.

III ) ​T​e​​= ​117,9 ° C​.

II ) ​T​e​​= ​56 ° C​. Resposta: A − III; B − II; C − I. Comentários nas Orientações para o professor.

4. O esmalte usado na pintura de unhas é uma misFórmula estrutural do betacaroteno.

a ) Qual é a classificação da cadeia? b ) Qual é a sua fórmula molecular? Resposta: ​​C​40​​​H​56​​​ c ) A maioria dos carbonos dessa molécula está ligada a quantos carbonos? Qual é o nome desse tipo de carbono? Resposta: A maioria está

ligada a outros 2 carbonos. São chamados de carbonos secundários.

d ) Há quantas insaturações na estrutura do betacaroteno? Resposta: 11 insaturações.

2. Em tintas e vernizes, o solvente é o responsável

por dissolver ou dispersar os componentes utilizados nas formulações, proporcionando à tinta a consistência e viscosidade adequadas para aplicação uniforme. Dependendo da composição química da tinta, podem ser utilizados como solventes água, tolueno ou xileno. Veja a seguir a estrutura química dos solventes citados.

A.

H

B. O

C.

a ) Por que é importante conservar os esmaltes bem fechados e em lugares frescos? b ) Qual propriedade a molécula que constitui o solvente em esmalte deve ter para que a evaporação ocorra rapidamente?

5. O experimento de Miller e Urey pretendia explicar como compostos inorgânicos poderiam dar origem a compostos orgânicos por meio de reações químicas.

a ) Diferencie as características de compostos orgânicos e inorgânicos. b ) Descreva brevemente o experimento realizado por Miller.

H

Fórmula estrutural da água.

tura homogênea com capacidade plástica, ou seja, promove aderência (fixação) na unha. Para que tenha fácil manuseio, essa mistura é dissolvida em um solvente, que deixa o esmalte com menos viscosidade. Quando ocorre o contato do esmalte com a unha, os solventes evaporam rapidamente, deixando sobre ela apenas os componentes antes dissolvidos.

Fórmula estrutural do tolueno.

Fórmula estrutural do xileno.

a ) Quais desses solventes são classificados como compostos orgânicos? b ) Escreva as fórmulas químicas desses compostos. c ) Qual desses solventes causa menos danos ao ambiente? Para saber mais detalhes, pesquise na internet as fichas técnicas desses materiais, conhecidas como FISPQ (ficha de informação de segurança para produtos químicos).

3. As diferentes composições dos compostos orgânicos acarretam diferentes forças intermoleculares que agem sobre as moléculas, levando a diferentes temperaturas de fusão e ebulição. Analise as estruturas e associe-as com as temperaturas de ebulição (​ ​T​e​)​.

4. b) Resposta: Para que o solvente utilizado evapore rapidamente, suas moléculas devem realizar interações intermoleculares fracas.

c ) Equacione a reação que ocorreu nesse experimento identificando quais são os reagentes, os produtos e quais das moléculas são orgâprofessora: Neste nicas ou inorgânicas. Professor, item, diga que não é necessário

realizar o balanceamento da equação química.

6. Analise a estrutura do ácido adípico e responda ao que se pede.

O 4. a) Resposta: Para que o solvente não evapore e o esmalte não endureça no frasco. HO

OH O

Fórmula estrutural do ácido adípico.

a ) Qual é sua fórmula molecular? Resposta: ​​C​6​​​H​10​​​O​4​​​ b ) A molécula pode ser classificada como apolar ou polar?Resposta: A presença de átomos de oxigênio na cadeia faz que ela seja polar.

c ) Classifique a cadeia quanto aos seguintes aspectos: aberta ou fechada, homogênea ou heterogênea; e quanto ao tipo de ligação entre os carbonos (saturada ou insaturada). Resposta: Trata-se de uma cadeia aberta, homogênea, saturada.

143

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Hidrocarbonetos Lehrer/Shutterstock.com

Leia o seguinte trecho de reportagem.

Comunicação As abelhas se comunicam principalmente por meio de interações químicas, graças à produção de feromônios, substâncias secretadas por diversas glândulas que são percebidas pelos receptores olfativos presentes nas antenas. Os feromônios são o principal meio de estimulação e coordenação de quase todas as atividades das abelhas. O corpo das abelhas também é coberto por esses compostos químicos, chamados de hidrocarbonetos cuticulares, que funcionam como um crachá de identificação. Eles indicam à qual colônia a abelha pertence, o sexo e a casta a qual pertence (qual é a tarefa que realiza na colônia). […]

Abelhas operárias cuidando das larvas em uma colmeia. Abelha operária (Apis mellifera): pode atingir aproximadamente 1​ ,5 cm​ de comprimento.

COMUNICAÇÃO. Associação Brasileira de Estudos das Abelhas, A.B.E.L.H.A. 29 ago. 2020. Disponível em: https://abelha.org.br/comunicacao/. Acesso em: 20 ago. 2024.

Os compostos mencionados no texto são todos pertencentes à função orgânica hidrocarbonetos, ou seja, compostos formados somente por átomos de carbono e hidrogênio. Os hidrocarbonetos estão presentes em organismos vivos na forma de esteroides, como o colestano ​​(​C​27​​​H​48​​)​​, produto da degradação do colesterol (​​ ​C​27​​ ​H​46​​ O)​​. Nem todos os esteroides são hidrocarbonetos, mas todos derivam da mesma estrutura central. 14 13

15 1 17

2

11

7

5 4

6

Instale o aplicativo Chemical Nomenclature (Nomenclatura Química) disponível para dispositivos móveis. É um aplicativo de múltipla escolha, com o qual você poderá aprender mais a respeito da nomenclatura dos compostos orgânicos.

12

16 8

3

Dica

9

10

Estrutura central dos esteroides.

Fórmula estrutural do colestano.

Outra classe de hidrocarbonetos são os terpenos, de fórmula química geral ​​​(​C​5​​​H​8​​)​​ ​​​. Os terpenos são compostos responsáveis por características especín ficas de muitos vegetais. O limoneno (​​ ​C​10​​​H​16​​)​​, por exemplo, é responsável pelo aroma do limão; já o licopeno (​​ ​C​40​​ ​H​56​​)​​ é responsável pela cor vermelha do tomate. Além disso, os terpenos são precursores de muitos outros compostos, como vitaminas e inseticidas.

CH3

H3C

CH2

Fórmula estrutural do limoneno.

Fórmula estrutural do licopeno.

Os hidrocarbonetos são os principais constituintes de combustíveis, como petróleo, gás natural e carvão mineral, além de serem utilizados na produção de diversos materiais, como plásticos e velas. Por serem compostos apolares, são insolúveis em água. À temperatura ambiente, as cadeias carbônicas de até 4 átomos de carbono são gases. Já as cadeias carbônicas entre 5 e 17 átomos de carbono são líquidos; acima de 17 átomos de carbono, são sólidos.

144

05/11/2024 15:29:21

UNIDADE

2 O petróleo sintético é um material que reproduz as propriedades do petróleo extraído da natureza. Enquanto o petróleo convencional é derivado de matéria orgânica fóssil, o sintético é feito com hidrogênio e carbono provenientes de outras fontes. O hidrogênio utilizado geralmente vem da água, originado de sua decomposição realizada por um processo chamado de eletrólise. Já o carbono necessário para a produção de petróleo sintético pode ser obtido do dióxido de carbono capturado em chaminés industriais por meio de filtros especiais. O uso desse dióxido de carbono contribui para a redução da pegada de carbono, imprescindível para atingir a meta de redução de ​C​O​2​​​ em 45% até o ano 2030, para que o aquecimento do planeta não supere ​1,5 ° C​sobre as temperaturas da era pré-industrial. Da mesma forma que a queima de combustíveis derivados do petróleo liberam dióxido de carbono para a atmosfera, a queima do petróleo sintético também libera essa substância. Contudo, a captura e utilização do dióxido de carbono da atmosfera para produzir esse combustível neutraliza o valor de emissão. Também é possível utilizar o carbono oriundo do metano liberado, por exemplo, do lixo orgânico e de resíduos agrícolas.Professor, professora: Comente com os estudantes que o termo pegada de carbono se refere à quantidade de gases do efeito estufa emitida por alguma atividade humana, como um produto, serviço, ou pelas ações diárias de um habitante.

Trabalhadores que lidam com hidrocarbonetos geralmente estão expostos a compostos orgânicos voláteis, os BTEX. Esse acrônimo (abreviação que consiste na letra inicial de cada palavra) refere-se aos seguintes compostos: benzeno ​​(​​C​6​​H​6​​)​​, tolueno (​​ ​​C​7​​H​8​​)​​, etilbenzeno (​​ ​​C​8​​H​10​​)​​ e xileno (​​ ​​C​8​​H​10​​)​​. Essas substâncias químicas estão presentes em alguns tipos de tintas, graxas, combustíveis e removedores de tintas e vernizes.

Imagens: Technicsorn Stocker/Shutterstock.com

A exposição aos BTEX está associada a diversos efeitos tóxicos no organismo, como irritação das vias respiratórias, resultando em tosse e falta de ar; comprometimento do sistema nervoso central, provocando sintomas, como dores de cabeça, tontura e confusão mental; prejuízo ao sistema hematopoiético (relacionado à produção de células sanguíneas), causando condições como anemia e leucopenia. Embalagens de produtos e caminhões que contenham BTEX devem ser sinalizadas com símbolos específicos.

Símbolo de produto nocivo.

Símbolo de produto tóxico.

Esses compostos entram no corpo principalmente pela respiração, mas também pelo contato com a pele e, em alguns casos, pela ingestão. Dado o risco que representam à saúde, trabalhadores que têm contato com essas substâncias devem, obrigatoriamente, adotar várias precauções para garantir sua saúde e segurança. Um dos cuidados essenciais envolve o uso de equipamento de proteção individual (EPI), como luvas, óculos de proteção, máscaras respiratórias e trajes resistentes a produtos químicos, para prevenir o contato direto com os hidrocarbonetos e a inalação de vapores tóxicos. O armazenamento e a manipulação desses materiais devem ser feitos de modo a evitar derramamentos e vazamentos, além da conservação longe de fontes de ignição.

Símbolo de produto inflamável.

Símbolo de produto perigoso para o meio ambiente. paulaah293/Shutterstock.com

Símbolo de produto irritante.

Luvas nitrílicas são recomendadas para manuseio de compostos orgânicos, como óleos, diesel e gasolina.

Além da obrigatoriedade de medidas e equipamentos de segurança, trabalhadores com atividade profissional com exposição permanente a componentes nocivos geralmente têm direito a condições específicas de aposentadoria em razão dos riscos elevados e das adversidades do trabalho, como tintureiros, metalúrgicos, técnicos de enfermagem, entre outros. O tempo de contribuição é reduzido conforme o agente químico ou biológico ao qual o trabalhador foi exposto. A regra para aposentadoria antecipada é concedida também a trabalhadores continuamente expostos a outros agentes prejudicais à saúde, como ruídos, calor excessivo e radiação.

145

05/11/2024 15:29:22

Nomenclatura de hidrocarbonetos A nomenclatura de qualquer composto orgânico pode ser dividida em: prefixo ​+​ termo central ​+​ sufixo As regras gerais para nomear um hidrocarboneto envolvem as seguintes características. 1. Prefixo: o número de carbonos da maior cadeia carbônica. Confira no quadro a seguir a lista de prefixos. Nomenclatura do prefixo Número de carbonos

Prefixo

Número de carbonos

Prefixo

1

met

8

oct

2

et

9

non

3

prop

10

dec

4

but

11

undec

5

pent

12

dodec

6

hex

20

eicos

7

hept

100

hect

Dica Quando a cadeia principal de um hidrocarboneto é fechada, ou seja, um ciclo, devemos inserir a palavra ciclo antes do prefixo. Abordaremos alguns exemplos adiante.

2. Termo do meio: o termo central do nome do hidrocarboneto dependerá dos tipos de ligação que ocorrem na cadeia carbônica. Nomenclatura do termo central Tipo de ligação

Classificação

Termo do meio

Apenas ligações simples

Alcanos

an

Ligação dupla

Alcenos

en

Ligação tripla

Alcinos

in

Dica Se a cadeia apresentar duas ligações duplas, o termo será dien, se tiver duas triplas, diin, três duplas, trien, e assim por diante.

3. Sufixo: o sufixo dos hidrocarbonetos será sempre a letra o. Alcanos são os hidrocarbonetos mais simples, pois não têm insaturações na cadeia carbônica. Sua fórmula genérica é ​​C​n​​​H​2n+2​​​. Utilizando as regras apresentadas anteriormente, podemos nomear alguns alcanos. Propano (​​ Fórmula molecular: ​C​3​​​H​8​​)​​ CH3

CH2 CH3

Fórmula estrutural do propano. Fórmula estrutural simplificada do propano.

Nomenclatura Prefixo

Intermediário

Sufixo

Número de carbonos: 3

Ligações: apenas simples

Função: hidrocarboneto

PROP

AN

O

Hexano (​​ ​Fórmula molecular​: C​6​​​H​14​​)​​ CH3

CH2 CH2 CH2 CH2 CH3

Fórmula estrutural do hexano.

Fórmula estrutural simplificada do hexano.

Nomenclatura Prefixo

Intermediário

Sufixo

Número de carbonos: 6

Ligações: apenas simples

Função: hidrocarboneto

HEX

AN

O

146

05/11/2024 15:29:22

Alcenos ou alquenos são hidrocarbonetos com uma ou mais ligações duplas entre átomos de carbono em sua composição. Nesse caso, precisamos localizar a dupla ligação na cadeia. Para isso, numeramos os carbonos a partir da extremidade mais próxima à insaturação, para que seja o menor número possível. No nome, esse número deverá se situar entre o prefixo e o termo do meio. Sua fórmula geral é ​​​C​n​​H​2n​​​.

UNIDADE

2

Pent-1-eno (​​ Fórmula molecular: ​C​5​​​H​10​​)​​

Nomenclatura 1

2

CH2

CH

3

4

5

Prefixo

Fórmula estrutural do pent-1-eno.

CH2 CH2 CH3

Intermediário

Sufixo

Número de carbonos: 5

Ligações: dupla

Função: hidrocarboneto

PENT

EN

O

Fórmula estrutural simplificada do pent-1-eno.

Alcinos ou alquinos, por sua vez, são hidrocarbonetos de cadeia aberta com ligação tripla entre átomos de carbono. As regras para os alcinos são as mesmas descritas para os alcenos. Sua fórmula geral é ​​​C​n​​H​2n−2​​​.

But-1-ino ​​(Fórmula molecular​: ​C​4​​​H​6​​)​​ 1

2

CH

3

Nomenclatura

4

CH2 CH3

C

Fórmula estrutural do but-1-ino.

Fórmula estrutural simplificada do but-1-ino.

Prefixo

Intermediário

Sufixo

Número de carbonos: 4

Ligações: tripla

Função: hidrocarboneto

BUT

IN

O

Os hidrocarbonetos cíclicos seguem as mesmas regras que os alifáticos, tendo apenas o acréscimo do prefixo ciclo antes do nome, como no exemplo a seguir. Ciclobuteno (​​ Fórmula molecular​: ​C​4​​​H​6​​)​​ 1

HC

Nomenclatura

2

Prefixo

Intermediário

Sufixo

3

Número de carbonos: 4

Ligações: dupla

Função: hidrocarboneto

CICLO + BUT

EN

O

CH

4

H2C

CH2

Fórmula estrutural do ciclobuteno.

Fórmula estrutural simplificada do ciclobuteno.

Para os hidrocarbonetos de cadeias ramificadas, deve-se definir a cadeia carbônica principal, a que contém maior número de átomos de carbono e que eventualmente tenha insaturações. Apenas depois disso, deve-se reconhecer as ramificações. A numeração da cadeia deve ser feita de tal maneira que os números das ramificações sejam os menores possíveis. Quando houver mais de uma ramificação do mesmo tipo, os nomes são precedidos de prefixos que indicam suas quantidades: di para dois, tri para três, tetra para quatro etc. Por fim, quando houver dois ou mais substituintes de tipos diferentes deve ser utilizada a ordem alfabética.

1

2

1

CH2 CH2 CH3

CH3 3

4

5

6

CH2

7

3

CH

CH3

4

CH2

Fórmula estrutural do 4-propil-2,3,5-trimetileptano.

5

CH3

CH3

CH

CH

CH

CH3

CH

CH2 CH3

Ramificações no carbono 2: metil no carbono 3: metil no carbono 4: propil no carbono 5: metil nome: 4-propil-2,3,5-trimetileptano

CH3

2

C

Dica

CH2 CH3

Fórmula estrutural do 2-etil-3-metilpent-1-eno.

Ramificações no carbono 2: etil no carbono 3: metil nome: 2-etil-3-metilpent-1-eno

As ramificações são nomeadas como se fossem uma cadeia carbônica normal, mas com o sufixo -il. Por exemplo, uma ramificação ​− C​H​3​​​ deriva do metano, ​C​H​4​​​, então seu nome é metil. Já a ramificação ​− C​H​2​​C​H​3​​​ é nomeada etil.

8. Comente a importância de haver tantas maneiras de classificar e tantas regras de nomenclatura para os compostos orgânicos.

8. Resposta: Espera-se que os estudantes considerem a necessidade das diversas classificações e regras, tendo em vista que há muitas possibilidades de compostos orgânicos, sendo necessária uma padronização que torne possível classificar e nomear todas as moléculas.

147

05/11/2024 15:29:22

Matriz energética brasileira e consumo de petróleo Leia o seguinte trecho de reportagem.

Brasil não tem plano claro para transição energética Prazos para redução do uso de combustíveis fósseis seguem indefinidos

O Brasil não possui planejamento nem metas para abrir mão dos combustíveis fósseis, responsáveis pelo aquecimento global e terceira maior fonte de emissões de gases estufa no país […] BRASIL não tem plano claro para transição energética. Folha de S.Paulo, São Paulo, 25 fev. 2024. p. 1.

Matriz energética brasileira (2022)

petróleo e derivados 35,7%

nuclear 1,3% carvão mineral 4,6% outras renováveis 7,0% eólica e solar 3,5% lenha e carvão vegetal 9,0%

Carvão, gás natural, petróleo e derivados (entre eles, gasolina e diesel) são os combustíveis fósseis utilizados na matriz energética brasileira.

gás natural 10,5%

derivados da O petróleo é uma mistura de vários hicana-de-açúcar hidráulica drocarbonetos de diferentes tamanhos de 15,4% 12,5% cadeias carbônicas. Ao passar por um proFonte de pesquisa: BRASIL. Ministério de Minas e cesso chamado destilação fracionada, o petróleo poEnergia. Matriz energética e elétrica. Empresa de Pesquisa Energética. Disponível em: https://www.epe. de ser separado em diferentes misturas de composigov.br/pt/abcdenergia/matriz-energetica-e-eletrica. ção mais homogênea, como o gás liquefeito de petróAcesso em: 20 ago. 2024. leo (GLP), formado principalmente por metano, etano e propano; a gasolina, composta de heptano ​​(​C​7​​​H​16​​)​​, octano ​​(​C​8​​​H​18​​)​​ e nonano ​​(​C​9​​​H​20​​)​;​ e o diesel, formado por moléculas maiores e mais densas.

Já o gás natural é uma mistura de hidrocarbonetos de baixa massa molecular, principalmente metano, etano, propano e butano, e é encontrado em jazidas naturais como resultado da degradação da matéria orgânica ao longo de milhares de anos. Assim, é comumente encontrado junto ao petróleo. O metano é o combustível encontrado no GNV, o gás natural veicular, enquanto o propano e o butano são usados como gás de cozinha. Os combustíveis fósseis são recursos naturais não renováveis, ou seja, que não podem ser repostos no ambiente em tempo suficiente para manter sua disponibilidade.

Heloísa Pintarelli/Arquivo da editora

outras não renováveis 0,6%

Stefano Ember/Shutterstock.com

Em 2008, o Brasil assinou o Plano Clima, que deveria nortear ações de combate à crise climática, diminuindo a emissão de gases de efeito estufa com a redução do uso de combustíveis fósseis. Entretanto, em 2024, o ministro de Minas e Energia afirmou que o petróleo ainda será uma fonte energética importante entre 20 e 30 anos, contradizendo os apontamentos da Agenda 2030 para o Desenvolvimento Sustentável.

Plataforma de extração de petróleo próximo ao município de Salvador (BA), em 2019. O petróleo, muitas vezes, encontra-se em camadas profundas do alto-mar. Para extraí-lo, são necessárias plataformas de extração.

a ) Comente a importância da diversificação da matriz energética do país. b ) Os combustíveis fósseis são responsáveis pela terceira maior fonte de emissão de gases estufa no As outras fontes de efeito estufa país. Pesquise quais são as outras fontes de emissão. Resposta: são as queimadas e a agropecuária. a) Resposta: Espera-se que os estudantes comentem que a diversificação da matriz energética evita problemas provocados pela escassez de recursos, principalmente dos não renováveis, como o petróleo.

148

05/11/2024 15:29:23

ATIVIDADES

UNIDADE

2 NÃO ESCREVA NO LIVRO.

Respostas das questões 1, 5 e 6 nas Orientações para o professor.

1. Faça o que se pede nos itens a seguir considerando as fórmulas moleculares ​C​2​H​6​, ​C​2​H​4​e ​C​2​H​2​. a ) Represente as fórmulas estruturais. b ) Escreva as nomenclaturas dessas substâncias. c ) Como essas cadeias carbônicas podem ser classificadas?

2. Confira a estrutura a seguir.

Fórmula estrutural C.

Fórmula estrutural D.

II ) Benzeno, tolueno e xileno são os nomes comuns dessas substâncias. Indique a alternativa que apresenta, respectivamente, outras nomenclaturas para identificá-los. Resposta: Alternativa b.

a ) 1,3,5-ciclohexatrieno, ciclohexadieno e metil-ciclopentano.

Y Fórmula estrutural genérica.

b ) 1,3,5-ciclohexatrieno, metil-benzeno e 1,3-dimetilbenzeno.

Considere que Y pode ser hidrogênio, bromo ou metil. Ao variarmos Y, o tipo de cadeia carbônica dessa estrutura muda. Associe Y com as cadeias carbônicas descritas a seguir.

c ) Cicloheptatrieno, propil-benzeno e metil-benzeno.

a ) Cadeia carbônica homogênea, saturada e sem ramificações. Resposta: Hidrogênio e bromo.

e ) 1,3,5-ciclohexatrieno, etil-ciclohexatrieno e 1-metil-2-etil-ciclobutano.

b ) Cadeia carbônica tipo homogênea, saturada e ramificada. Resposta: Metil.

5. Os feromônios excretados por insetos, mamífe-

3. O gás natural é uma mistura de hidrocarbonetos de baixa massa molecular, principalmente metano, etano, propano e butano. Identifique a alternativa que apresenta a fórmula molecular e a massa molar correta desses hidrocarbonetos. a ) Metano: ​​CH​6​​​; ​18 g ​· ​​mol​​ −1​​. Etano: ​​C​2​​​H​6​​​; ​ 30 g ​· ​​mol​​ −1​​. Propano: ​​C​3​​​H​8​​​; ​44 g ​· ​​mol​​ −1​​. Butano: ​​C​4​​​H​10​​​; ​58 g ​· ​​mol​​ −1​​. b ) Metano: ​​CH​4​​​; ​16 g ​· ​​mol​​ −1​​. Etano: ​​C​2​​​H​6​​​; ​ 30 g ​· ​​mol​​ −1​​. Propano: ​​C​3​​​H​8​​​; ​44 g ​· ​​mol​​ −1​​. Butano: ​​C​4​​​H​10​​​; ​58 g ​· ​​mol​​ −1​​. c ) Metano: ​​CH​4​​​; ​16 g ​· ​​mol​​ −1​​. Etano: ​​C​2​​​H​6​​​; ​ 30 g ​· ​​mol​​ −1​​. Propano: ​​C​3​​​H​8​​​; ​44 g ​· ​​mol​​ −1​​. Butano: ​​C​5​​​H​10​​​; ​70 g ​· ​​mol​​ −1​​. Resposta: Alternativa b.

4. BTEX faz referência à mistura dos hidrocarbonetos: benzeno ​(​C​6​H​6​)​, tolueno ​(​C​7​H​8​)​, etilbenzeno ​(​C​8​H​10​)​e xileno (​ ​C​8​H​10​)​. I ) Identifique a fórmula estrutural dessas substâncias componentes do BTEX.

d ) Metil-ciclobutrieno, ciclohexadieno e 1-metil-2-etil-ciclobutano.

ros e organismos marinhos são capazes de suscitar reações específicas de caráter fisiológico e/ou comportamental em outros membros da mesma espécie que estejam em determinado raio do espaço físico ocupado pelo excretor. a ) Qual característica estrutural as moléculas de feromônios devem ter para serem secretadas por um indivíduo e atingir outro a certa distância? b ) O feromônio de trilha das formigas de jardim é o undecano (hidrocarboneto que tem como cadeia principal 11 carbonos). Represente sua fórmula estrutural e relacione a estrutura desse feromônio ao fato de as formigas de jardim andarem em trilhas pela grama em dias de chuva.

6. Analise a estrutura a seguir e responda ao que se pede.

O

O Na

S O

Resposta: A – xileno; B – tolueno; C – etilbenzeno; D – benzeno.

Fórmula estrutural do composto com ação limpante.

a ) Qual é a fórmula molecular da estrutura apresentada? Fórmula estrutural A.

Fórmula estrutural B.

b ) Ao analisar a estrutura, como sabemos que esse composto pode ter capacidade limpante?

149

05/11/2024 15:29:24

CAPÍTULO

9

Funções orgânicas II 1. Resposta: Espera-se que os estudantes respondam que sim e expliquem que a sacarose é formada por átomos de carbono, hidrogênio e oxigênio. 2. Resposta: Espera-se que os estudantes reflitam sobre os malefícios do consumo excessivo de alimentos ricos em açúcar, como a obesidade, os problemas dentários, o diabetes, entre outros, reconhecendo que o consumo desses alimentos deve ser moderado.

Funções oxigenadas

Kichigin/Shutterstock.com

Imagem sem proporção.

1. Os cristais mostrados na fotografia são feitos de sacarose (​ ​C​12​H​22​O​11​)​,

presente no açúcar. Analisando a fórmula molecular da sacarose, você a classificaria como uma função orgânica oxigenada? Justifique sua resposta.

2. Para uma alimentação saudável, como você recomendaria o consumo de açúcar no cotidiano?

Cristais de açúcar.

No capítulo anterior, você estudou os hidrocarbonetos, compostos com apenas átomos de carbono ​​(C)​​ e hidrogênio (​​ H)​.​Neste capítulo, serão estudadas as funções orgânicas oxigenadas, compostos formados por átomos de carbono, hidrogênio e oxigênio (​​ O)​.​

Muitos compostos desse tipo estão presentes em nosso dia a dia. O álcool combustível (etanol, ​​C​2​​​H​5​​OH​) e sua matéria-prima, o açúcar comum (sacarose) são dois exemplos. Podemos citar também solventes, como o etoxietano ​​(​C​4​​​H​10​​O)​​ e a acetona ​​(​C​3​​​H​6​​O)​​, o ácido acético ​​(C ​H​3​​COOH)​​, presente na composição do vinagre, e todo um grupo de substâncias chamadas flavorizantes, que dão sabor e aroma de frutas para balas e outros doces. O

H3C

O

CH3

Fórmula estrutural do etoxietano.

H3C

C

O

CH3

H3C

Fórmula estrutural da acetona.

OH

Fórmula estrutural do ácido acético.

As funções orgânicas oxigenadas são definidas pela forma a qual os átomos de oxigênio estão ligados aos demais átomos de carbono e hidrogênio na molécula.

Um exemplo de composto oxigenado é a glicose (​​ ​C​6​​​H​12​​​O​6​​)​​ cuja função é fornecer energia para as células. No processo chamado respiração celular, a glicose reage com o gás oxigênio (​​ ​O​2​​)​​, liberando energia e produzindo água (​​ ​H​2​​O)​​ e gás carbônico (​​ ​CO​2​​)​​. É possível notar átomos de oxigênio ligados aos átomos de carbono de duas formas: por meio de ligação simples, formando um grupo hidroxila ​​(− OH)​​ e por meio de ligação dupla, formando um grupo carbonila (​​ C ​= ​O)​​. Cada uma dessas formas define uma função orgânica. Neste caso, a hidroxila caracteriza a função álcool e a carbonila ligada a um átomo de hidrogênio caracteriza a função aldeído. OH

OH

C

HO OH

OH

O

H

Fórmula estrutural da glicose.

A glicose, portanto, é uma molécula com mais de uma função orgânica. As substâncias orgânicas podem ter estruturas com vários tamanhos e podem conter diversos grupos funcionais.

150

05/11/2024 15:30:33

UNIDADE

2 Álcool Leia o trecho da reportagem a seguir.

Álcool líquido 70% tem venda proibida a partir de 30 de abril A venda do álcool líquido 70% será proibida em todo o país a partir de 30 de abril. A medida foi tomada pela Agência Nacional de Vigilância Sanitária (Anvisa) e pretende reduzir acidentes registrados com a utilização do produto. Somente a formulação em gel poderá ser comercializada normalmente a partir de maio. […] ÁLCOOL líquido 70% tem venda proibida a partir de 30 de abril. Prefeitura de Porto Alegre, 9 abr. 2024. Disponível em: https:// prefeitura.poa.br/sms/noticias/alcool-liquido-70-tem-venda-proibida-partir-de-30-de-abril. Acesso em: 23 ago. 2024.

O álcool 70% se destaca por sua eficácia na eliminação de microrganismos. Porém, em 2002 teve sua venda proibida em razão de acidentes domésticos, sendo substituído pela versão em gel. Contudo, com a pandemia de covid-19, tornou-se uma ferramenta indispensável para conter a disseminação do vírus SARS-CoV-2. A importância da utilização de antissépticos pode ser associada, inclusive, ao Objetivo 3 da Agenda 2030, que visa acabar com as epidemias e outras doenças transmissíveis. Nayra Halm/Fotoarena

Em abril de 2024, houve uma nova proibição a fim e evitar o risco de acidentes domésticos.

Frasco de álcool com pictograma para alertar os usuários sobre os perigos.

O álcool mais usado no dia a dia é o etanol, ou álcool etílico. É um composto incolor, inflamável e de odor característico. Os álcoois são compostos orgânicos que apresentam um grupo hidroxila (​​ − OH)​​ ligado diretamente a um carbono saturado, e a nomenclatura oficial dos álcoois é dada de forma semelhante à dos hidrocarbonetos, porém com o sufixo -ol. Nomenclatura dos álcoois Prefixo ​+​

Parte intermediária ​+​

Sufixo

número de carbonos na molécula

tipo de ligação entre os carbonos

-ol

Professor, professora: Explique aos estudantes que a parte intermediária também pode ser denominada infixo.

É sempre necessário indicar a posição do(s) grupo(s) hidroxila, da(s) insaturação(ões) e/ou da(s) ramificação(ões). A ordem de numeração deve priorizar o grupo funcional, em seguida as insaturações e, por fim, as ramificações. Confira o exemplo a seguir. CH3 OH 1

H3C

2

CH

3

CH

4

C

5

CH

6

CH3

CH3 Fórmula estrutural do ​2,4-dimetil-hex-4-en-3-ol​.

151

05/11/2024 15:30:35

No Brasil, a principal matéria-prima para a produção do etanol é a cana-de-açúcar, rica em sacarose. Sob a ação do fungo Saccharomyces cerevisiae, ocorre a fermentação alcoólica, produzindo etanol em duas etapas. Murilo Mazzo/Shutterstock.com

a) Resposta pessoal. Os estudantes podem citar vantagens como: uso de combustível renovável; menor emissão de gases poluentes na atmosfera, comparado à gasolina e ao diesel; geração de empregos no plantio e na colheita da cana e na produção do etanol. Como desvantagens, os estudantes podem citar: necessidade de usar grandes áreas para o plantio da cana, que poderiam ser aproveitadas para o cultivo de alimentos; aumento do desmatamento para ampliar a área de plantio de cana; emissão de gases poluentes na atmosfera durante a queima da cana para a colheita; empobrecimento dos solos em razão da monocultura; menor rendimento energético, comparado aos combustíveis fósseis; entre outras.

Colheita de cana-de-açúcar no município de Pederneiras (SP), em 2021.

Compartilhe ideias

Professor, professora: Comente com os estudantes que outras matérias-primas podem ser utilizadas na produção de etanol, como a beterraba, muito utilizada nos Estados Unidos.

O etanol tem vantagens e desvantagens, desde o cultivo de sua matéria-prima até seu uso como combustível. a ) Discuta com seus colegas quais seriam essas vantagens e desvantagens e escrevam uma conclusão sobre o uso do etanol como combustível, ressaltando os aspectos ambientais envolvidos.

Na primeira etapa, representada a seguir, a molécula de sacarose reage com a água, em uma reação chamada hidrólise. Os produtos dessa reação são dois outros açúcares, a glicose e a frutose (​​ ​C​6​​ ​H​12​​ ​O​6​​)​​: ​​​C​12​​​H​22​​​O​​11​​​​​+ ​​H​2​​O ⎯⎯ ​ invertase→​ ​​C​6​​​H​12​​​O​ ​6​​​​​+ ​​​C​6​​​H​12​​​O​ ​6​​​​​ sacarose

glicose

A invertase é uma enzima que catalisa a hidrólise da sacarose em frutose e glicose.

frutose

Na segunda etapa, glicose e frutose reagem, formando duas moléculas de etanol e duas moléculas de gás carbônico. zimase →​​​2 C​2​​​H​6​​​O​​+ ​​2 CO​ ​ ​​2​​​ ​​​ ​C​6​​​H​12​​​O​6​​​ ​​+ ​​H​2​​O  ​⎯

glicose/frutose

Dica

etanol

Dica A zimase é uma enzima que catalisa a conversão de açúcares em etanol e gás carbônico.

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O consumo de bebidas alcoólicas, além de prejudicar a saúde, causa muitos problemas à sociedade. Um dos produtos da oxidação do etanol no organismo é o acetaldeído, um aldeído que inibe a secreção do hormônio antidiurético ADH, provocando desidratação. Além disso, ocasiona dores de cabeça, náuseas, sudorese, fadiga e sede. a ) Agora, converse com um colega sobre os problemas decorrentes do consumo de bebidas alcoólicas. Resposta nas Orientações para o professor.

Outro composto com a função álcool em sua molécula é o colesterol ​​(​C​27​​​H​46​​O)​​, presente na construção e manutenção das membranas celulares. 3. O que você sabe sobre o colesterol? Pergunte aos seus familiares se eles costumam controlar o nível de colesterol no sangue e qual é a importância desse controle.

Resposta: O objetivo desta questão é incentivar os estudantes a expressar seus conhecimentos prévios acerca do colesterol e refletir sobre os Fórmula estrutural do colesterol. problemas de saúde causados pelo alto índice do colesterol LDL.

HO

152

05/11/2024 15:30:35

UNIDADE

2 Aldeídos Os aldeídos são compostos que têm o grupo carbonila ​​(C ​= ​O)​​ na extremidade de uma cadeia carbônica. Portanto, o grupo carbonila sempre está ligado também a um átomo de hidrogênio. A nomenclatura oficial dos aldeídos segue a usada para os hidrocarbonetos, substituindo o sufixo por -al. Confira a seguir alguns exemplos de estruturas e nomenclaturas de aldeídos. O C

H3C H

H3C

C

C 5

H

Fórmula estrutural do metanal (​​ ​CH​2​​O)​​.

CH

O 4

CH2

Fórmula estrutural do etanal (​​ ​C​2​​​H​4​​O)​​.

3

2

1

CH2 CH2 C H

Fórmula estrutural do ​ 4-isopropilpent-4-enal​ (​​ ​C​8​​​H​14​​O)​​. Steve Allen/Shutterstock.com

H

CH3

O

4. Analise a fotografia. Qual é a substância usada em laboratórios para conservar esses organismos por um longo tempo?

Resposta: Espera-se que os estudantes citem uma substância conhecida comercialmente como formol. Trata-se de uma solução aquosa de aldeído.

Em laboratórios e museus, há animais conservados em misturas líquidas dentro de recipientes. Esse líquido, chamado comercialmente de formol, é uma solução de metanal em água, com aproximadamente 40% em massa do aldeído, com ação desinfetante e conservante. O formol é altamente tóxico se for ingerido, inalado ou entrar em contato com a pele. Professor, professora: Ao mencionar o 4-isopropilpent-4-enal, explique aos estudantes que o prefixo iso é utilizado quando a cadeia ramificada está ligada à estrutura principal de forma a apresentar certa simetria.

Réptil conservado em formol.

A expressão popular “gosto não se discute” reflete a ideia de que as preferências pessoais são subjetivas e variam de pessoa para pessoa. Muitos dos nossos gostos estão relacionados a fatores sociais e culturais, mas alguns gostos têm uma base científica. Um exemplo é o gosto por coentro. Enquanto para alguns seu aroma e sabor são frescos e vibrantes, para outros o coentro evoca sensações menos agradáveis, pois nasceram com um gene capaz de reconhecer algumas substâncias orgânicas com a função aldeído, que dão seu cheiro característico, sendo associado a aromas desagradáveis, como o de sabão ou de certos insetos. Entre os diferentes aldeídos encontrados no coentro está o dec-2-enal, um aldeído insaturado com uma cadeia de dez carbonos. O H3C

H

Fórmula estrutural do dec-2-enal, molécula que causa odor desagradável para algumas pessoas.

Em muitas culturas, o coentro é um ingrediente essencial e valorizado, utilizado na culinária de geração em geração. Ele foi introduzido no Brasil pelos portugueses, na época da colonização. Além disso, em nossa gastronomia esse tempero está associado à forte influência de diferentes culturas, como a africana, a indígena, a europeia e a árabe. Especialmente na culinária brasileira, ele é associado a pratos tradicionais como a moqueca e o baião de dois. Portanto, para muitas pessoas, o uso desse tempero vai além do sabor, sendo também um elemento importante de expressão cultural.

153

05/11/2024 15:30:37

Cetona Quem costuma esmaltar as unhas com frequência sabe que é necessário remover o esmalte, e que um produto específico é muito utilizado para isso. Trata-se da acetona, ou propanona, que é um exemplo de cetona.

O R1 C

R2

Fórmula estrutural do grupo cetona, em que ​​R​1​​​ e ​​R​2​​​ são grupos orgânicos.

Ivan4es/Shutterstock.com

As cetonas apresentam o grupo carbonila em um carbono secundário.

Pessoa utilizando acetona para remover o esmalte das unhas.

A nomenclatura oficial das cetonas também segue a dos hidrocarbonetos, substituindo o sufixo por -ona. A seguir, alguns exemplos de estruturas e nomenclaturas de cetonas. O H3C

C

O CH3

H3C

Fórmula estrutural da propanona (​​ ​C​3​​​H​6​​O)​​.

C

CH2 CH2 CH3

Fórmula estrutural da ​pentan-2-ona​(​​ ​C​5​​​H​10​​O)​​.

A frutose é um carboidrato encontrado no mel e em vários frutos, vindo daí seu nome. Ela é metabolizada em nosso organismo e se transforma em glicose, fornecendo energia para as células. Em sua estrutura, a frutose tem as funções álcool e cetona.

OH H2C

H C

H C

OH OH OH

C H

C

CH2

O

OH

Fórmula estrutural da frutose.

professora: Comente que, assim como ocorre com a sacarose, o consumo excessivo de frutose pode aumentar Fenol Professor, o nível de açúcar no sangue e, com o passar do tempo, provocar a obesidade e o surgimento do diabetes.

O estradiol (​​ ​C​18​​​H​24​​​O​2​​)​​ é um hormônio essencial para o desenvolvimento e a manutenção dos tecidos reprodutores femininos, mas também é importante para muitos outros tecidos, incluindo o ósseo. Nos homens, seus níveis são mais baixos em comparação aos encontrados nas mulheres, mas também apresenta funções importantes no organismo masculino, como a produção de espermatozoides. Confira a seguir a fórmula estrutural do estradiol. CH3 OH álcool

HO fenol Fórmula estrutural do estradiol.

O estradiol tem as funções orgânicas álcool e fenol. Os fenóis são compostos que apresentam o grupo​ − OH​ligado a um anel benzênico. Na nomenclatura oficial dos fenóis, o grupo ​− OH​é denominado hidroxi, precedendo o nome do hidrocarboneto que lhe deu origem. Em geral, em condições ambientais (​25 °C​ e ​1 atm​), os fenóis são sólidos, pouco solúveis em água, de ação corrosiva, são tóxicos e, quando em contato com a pele, penetram rapidamente, causando lesões teciduais severas.

154

05/11/2024 15:30:38

Como ocorre com outras funções orgânicas, as posições das ramificações nos fenóis têm prioridade menor do que o grupo funcional.

UNIDADE

2

OH

OH

1 2

6

CH3

3

5 4

Fórmula estrutural do hidroxibenzeno (​​ ​C​6​​​H​6​​O)​​.

Fórmula estrutural do ​2-metil-hidroxibenzeno​ (​​ ​C​7​​​H​8​​O)​​.

OH

O hidroxibenzeno, ou fenol comum, é utilizado na produção de desinfetantes e medicamentos. O ​ 2,4,6-trinitrofenol ou 2,4,6-trinitro-1-hidroxibenzeno​ ​​(​C​6​​​H​3​​​N​3​​​O​7​​)​,​ou ácido pícrico, representado a seguir, é utilizado na fabricação de pomadas para queimaduras (picrato de butambeno) e na fabricação de detonadores de explosivos.

O2N

NO2

Fórmula estrutural do ​2,4,6-trinitrofenol​(ácido pícrico).

NO2

Éter Voltando à sacarose, além da função álcool, esse carboidrato apresenta a função orgânica éter. álcool

CH2 OH álcool OH

álcool OH OH O éter CH2 O éter

álcool

O

OH

éter

álcool

5. No organismo humano, a sacarose é transformada

HO

álcool

CH2

durante a digestão em glicose e frutose. Para que essas moléculas são utilizadas?

álcool

OH

Resposta: Espera-se que os estudantes respondam que essas moléculas são armazenadas e utilizadas pelo organismo para obter energia.

OH

álcool

Fórmula estrutural da sacarose.

Os éteres são compostos que apresentam oxigênio como heteroátomo (entre dois átomos de carbono). Dessa forma, seu grupo funcional é representado da seguinte forma: R1 O

R2

Fórmula estrutural do grupo éter.

Confira a seguir como é composta a nomenclatura oficial dos éteres e alguns exemplos. Nomenclatura dos éteres Exemplo

Prefixo

​+​

oxi

​+​

Nome do hidrocarboneto

etoxietano (​​ ​C​4​​​H​10​​O)​​

et

​+​

oxi

​+​

etano

metoxietano (​​ ​C​3​​​H​8​​O)​​

met

​+​

oxi

​+​

etano

CH3

CH2 O

CH2 CH3

Fórmula estrutural do etoxietano.

CH3

CH2 O

CH3

Fórmula estrutural metoxietano.

O óxido de etileno (oxirano) é o menor éter cíclico conhecido. Ele pode ser utilizado como esterilizante em ambientes hospitalares, na formulação de fragrâncias, na fabricação de alguns xampus, protetores solares, esmaltes coloridos para unhas, cremes dentais, batons etc.

O H2C

CH2

Fórmula estrutural do oxirano (​​ ​C​2​​ ​H​4​​ O)​​.

155

05/11/2024 15:30:40

Ácido carboxílico

Imagens desta página sem proporção.

O ômega-3, ou ácido linolênico ​​(​C​18​​​H​32​​​O​2​​)​​, é um composto obtido por meio da alimentação e age na redução das ações inflamatórias e na preservação do sistema imunológico. A seguir, alguns alimentos que contêm ômega-3. azeite

crustáceo

peixe

Tatjana Baibakova/Shutterstock.com

cardamomo

6. Alimentos ricos em ômega-3 fazem brócolis

parte da sua alimentação? Caso não façam, quais deles você poderia inserir?

amêndoa

Resposta pessoal. O objetivo desta questão é levar os estudantes a avaliar sua alimentação e refletir sobre como podem melhorá-la, inserindo alimentos ricos em ômega-3.

ovo

Alimentos ricos em ômega-3. semente de chia

linhaça

abacate

noz

O H3C

OH ácido carboxílico

Fórmula estrutural do ácido linolênico.

O ômega-3 apresenta a função ácido carboxílico, que têm uma carbonila ligada diretamente a uma hidroxila, formando o grupo carboxila. Sua nomenclatura oficial também segue a dos hidrocarbonetos, adicionando a palavra ácido e o sufixo -oico. Confira nos exemplos a seguir. O H3C

C OH

O Fórmula estrutural do ácido etanoico (​​ ​CH​3​​COOH)​​.

H3C

CH2 CH2 C OH

Fórmula estrutural do ácido butanoico (​​ ​C​4​​​H​8​​​O​2​​)​​.

Os ácidos carboxílicos têm inúmeras aplicações, desde tingimento de tecidos e desinfetante até a preparação de perfumes, corantes, acetona e vinagre.

Éster e enol Wasu Watcharadachaphong/Shutterstock.com

Confira os alimentos a seguir. acelga

7. Alimentos ricos em vitamina C (​ ​C​6​H​8​O​6​)​,

abacaxi

como os apresentados na fotografia, fazem parte da sua alimentação? Caso não façam, quais deles você poderia incluir?

goiaba mamão

brócolis

Resposta pessoal. O objetivo desta questão é

laranja levar os estudantes a avaliar sua alimentação e

refletir sobre como podem melhorá-la, incluindo a ingestão de alimentos ricos em vitamina C.

limão Alimentos ricos em vitamina C. tomate

pimentão

156

05/11/2024 15:30:42

álcool HO

O ácido ascórbico, ou vitamina C, como é mais conhecido, é um composto solúvel em água. Suas funções no organismo consistem em manter o tecido conjuntivo, fortalecer o sistema, facilitar a absorção de ferro ​​(Fe)​​, colaborar na síntese de alguns aminoácidos e conferir resistência aos ossos e dentes.

éster O

álcool HO

O

HO enol

Além da função álcool, que já foi estudada, esse composto apresenta mais duas funções orgânicas: enol e éster.

UNIDADE

2

OH enol

Fórmula estrutural da vitamina C.

Quando o grupo − ​ OH​ está ligado diretamente a um carbono insaturado por dupla-ligação, tem-se a função enol. A nomenclatura dos enóis segue a dos álcoois, alterando apenas o intermediário an para en em Resposta: Espera-se que os estudantes reflitam sobre os razão da ligação dupla. Confira alguns exemplos a seguir. 8. hábitos alimentares a fim de reconhecerem que a mãe de Armandinho está priorizando uma alimentação saudável ao comentar sobre a necessidade de incluir frutas em detrimento H2C C CH3 das bolachas recheadas, pois Fórmula estrutural do estas são ricas em açúcar e ​prop-1-en-2-ol​ (​​ ​C​3​​​H​5​​OH)​​. gordura, além de ser alimentos ultraprocessados.

OH

CH3

CH

CH

OH

Fórmula estrutural do ​prop-1-en-1-ol​ (​​ ​C​3​​​H​5​​OH)​​.

© Alexandre Beck

Agora, leia a tirinha a seguir.

BECK, Alexandre. Armandinho zero. Florianópolis: A. C. Beck, 2013. p. 37.

8. Você considera os conselhos da mãe de Armandinho adequados? Por quê?

O cheiro e o sabor das bolachas que Armandinho percebe ao comê-las são resultado da presença de ésteres, compostos que conferem aromas e sabores de frutas, bebidas, cosméticos, flores, entre outros.

O R1

C O

Derivados de ácidos carboxílicos, os ésteres constituem também óleos e gorduras vegetais e animais, que podem servir para síntese do biodiesel.

R2

Fórmula estrutural do grupo éster, em que ​​R​1​​​ e ​​ R​2​​​ são grupos orgânicos.

Confira a seguir como é determinada a nomenclatura oficial dos ésteres. Nomenclatura dos ésteres Exemplo

Hidrocarboneto

​+​

ato

​+​

de

​+​

Nome do substituinte com terminação -ila

metanoato de etila ​​(​C​3​​​H​6​​​O​2​​)​​

metano

​+​

ato

​+​

de

​+​

etila

butanoato de etila (​​ ​C​6​​​H​12​​​O​2​​)​​

butano

​+​

ato

​+​

de

​+​

etila

O

O

HC

CH3 O

CH2

CH3

Fórmula estrutural do metanoato de etila.

CH2 CH2

C O

CH2

CH3

Fórmula estrutural do butanoato de etila.

157

05/11/2024 15:30:44

CONEXÕES com ... BIOLOGIA

Glicose no sangue A glicose é obtida por meio da alimentação, sendo utilizada pelas células para produzir as substâncias que armazenam e liberam a energia de que o corpo necessita. Isso ocorre por meio do mecanismo chamado de glicólise, no qual as moléculas de glicose são quebradas pela ação de enzimas reguladas pela insulina, um hormônio produzido pelo pâncreas. Nesse processo, formam-se duas moléculas de adenosina trifosfato (ATP), que armazenam energia, e duas moléculas de piruvato, que são utilizadas em outros processos para gerar mais ATP. Professor, professora: Comente que a glicose é um dos produtos da quebra da sacarose, o açúcar mais comum presente nos alimentos, formado por uma unidade de glicose e uma unidade de frutose.

O OH

H3C CH2

OH O

OH OH

​2 ADP ​+ ​Pi​

​2 ATP​

2 moléculas de piruvato

OH OH

glicose

O

​2 NAD​

O

​2 NAD H​

OH

H3C

Representação da glicólise.

O

Diabetes tipo I

Diabetes tipo II

• Causa: desconhecida, mas sabe-se que é uma doença crônica e hereditária. • Manifestação: infância, adolescência ou fase adulta. • Tratamento: uso contínuo de insulina e/ou outros medicamentos. • Controle/prevenção: hábitos saudáveis.

• Causa: sobrepeso, colesterol alto e hipertensão, decorrentes de sedentarismo e hábitos alimentares inadequados. • Manifestação: majoritariamente em adultos, porém tem-se registrado aumento de casos em crianças e adolescentes. • Controle/prevenção: hábitos saudáveis e acompanhamento com profissionais.

O acompanhamento do diabetes envolve o monitoramento dos níveis de glicose no sangue. Para a Sociedade Brasileira de Diabetes, a concentração normal desse carboidrato deve estar entre 70 e ​100 mg / dL​de sangue, em jejum. Concentrações inferiores a ​70 mg / dL​caracterizam hipoglicemia. Entre 100 e 1 ​ 25 mg / dL​, é considerado pré-diabético. Já a hiperglicemia apresenta valores superiores a ​126 mg / dL​. O diabetes pode afetar significativamente a qualidade de vida das pessoas, gerando problemas cardiovasculares, danos nos nervos e problemas nos rins e olhos, além dos impactos emocionais.

Elnur/Shutterstock.com

Sem a quantidade adequada de insulina, a glicose se acumula no sangue, causando dois tipos de doença.

Coleta de sangue.

158

05/11/2024 15:30:44

[…] Até o início do século XX, as pessoas com diabetes eram tratadas com uma dieta rigorosa, com um consumo extremamente baixo de calorias, que poderia ser tão fatal quanto a própria doença. “A insulina é marco na história da medicina, porque as pessoas com diabetes tipo 1, cujo organismo não produz esse hormônio, estavam condenadas a morrer em algumas semanas após a doença se manifestar’, diz o endocrinologista Domingos Malerbi, presidente da Sociedade Brasileira de Diabetes (SBD) e presidente do Departamento de Diabetes da Sociedade Brasileira de Endocrinologia e Metabologia (SBEM). […] FIORAVANTI, Carlos. A descoberta da insulina. Pesquisa Fapesp, São Paulo, n. 302, abr. 2022. p. 90-93.

Graças aos avanços científicos, o tratamento do diabetes tem melhorado. Até o final da década de 1980, a insulina era extraída do pâncreas de porcos, depois passou a ser produzida em laboratório com técnicas de engenharia genética, tornando o tratamento mais seguro e acessível. Além disso, medicamentos para controle vêm sendo desenvolvidos, a exemplo da semaglutida. Esse medicamento é indicado aos indivíduos com diabetes tipo II, que precisam controlar rigorosamente a alimentação. Porém, o paciente ainda deve equilibrar diferentes formulações e doses, acompanhar o nível de glicose e ter a insulina sempre em mãos. Esse medicamento também acarreta efeitos colaterais como náuseas, vômitos e constipação. Por isso, seu uso deve ser acompanhado por um médico.

Análise do teor de glicose com glicosímetro portátil. NooMUboN Photo/Shutterstock.com

Além disso, tecnologias vêm sendo desenvolvidas nessa área em busca de dispositivos de monitoramento cada vez menos invasivos. Os produtos desenvolvidos até o momento têm limitação tecnológica e falta de precisão, exatidão e confiabilidade. Mas, no geral, as pesquisas buscam criar medidores de glicemia que utilizem amostras de urina, suor e saliva. Esses dispositivos seriam equipados com detectores específicos e poderiam medir a glicemia de forma semelhante aos sistemas de monitoramento de pressão arterial e ritmo cardíaco integrados a smartwatches.

superbeststock/Shutterstock.com

Outra inovação no controle do diabetes são os dispositivos desenvolvidos para facilitar o acompanhamento da glicemia, como glicosímetros portáteis. Esse tipo de dispositivo traz mais conforto ao indivíduo, pois diminui as consultas em hospital e promove um monitoramento mais rápido da glicemia.

c) Resposta: Atualmente, a produção de insulina é induzida em bactérias geneticamente modificadas. A produção de insulina transgênica proporcionou um aumento na oferta desse medicamento, além Pessoa utilizando smartwatch para de ter tornado seu uso mais seguro. monitorar a frequência cardíaca.

a ) Você conhece alguém que tem diabetes? Quais cuidados essa pessoa precisa ter em seu pessoal. Caso conheçam, espera-se que os estudantes respondam que o diabético deve monitorar o nível de dia a dia? Resposta glicemia, cuidar de sua alimentação, praticar atividades físicas, realizar acompanhamento médico regularmente etc. b ) Qual é a importância das tecnologias recentes que ainda estão sendo desenvolvidas para fornecer qualidade de vida às pessoas com diabetes? Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes comentem que as tecnologias podem contribuir desde as medicações até as tecnologias de monitoramento.

c ) Pesquise como a insulina é produzida com as técnicas atuais. Qual é a importância desse avanço científico para os pacientes? d ) Qual é a importância da alimentação e da atividade física para as pessoas com diabetes? A alimentação saudável e a atividade física são essenciais para controlar a E para quem não tem essa doença? Resposta: glicemia dos diabéticos. Além disso, esses hábitos são importantes para diminuir as chances de desenvolver diabetes tipo II.

159

05/11/2024 15:30:46

ATIVIDADES

NÃO ESCREVA NO LIVRO.

adicionados em alimentos industrializados para aumentar o prazo de validade, pois reduzem a velocidade de algumas reações químicas que alteram as características do produto. A seguir, estão representadas as estruturas químicas de quatro antioxidantes. Respostas nas Orientações para o professor.

A.

B. OH

OH

b ) Propanona e ​C​3​​H​8​O​. c ) Propanol e ​C​3​​H​6​O​. d ) Propanal e ​C​3​​H​6​O​. e ) Propanol e ​C​3​​H​10​O​.

3. A erva-dos-gatos, conhecida como catnip, é uma

planta do gênero Nepeta L. que afeta o comportamento de felinos, como gatos domésticos, leões, tigres e leopardos. Cerca de dois terços dos gatos domésticos são afetados pelos compostos chamados nepetalactonas, que podem imitar seus feromônios. Há estudos que indicam que eles servem também como repelentes contra insetos. Ewa-Saks/Shutterstock.com

1. Os antioxidantes são compostos comumente

O Fórmula estrutural do ​BHA​.

C.

Fórmula estrutural do ​BHT​.

D. OH

OH

HO

OH

O

C

O

CH2 CH2 CH3

Fórmula estrutural do ​PG​.

OH Fórmula estrutural do ​TBHQ​.

a ) Quais são as funções orgânicas presentes em cada um dos antioxidantes apresentados? b ) Qual é a função orgânica comum nos quatro compostos? c ) Pesquise o significado das siglas referentes a cada um desses antioxidantes.

Gato interagindo com a erva-do-gato. Erva-do-gato (Nepeta cataria): pode atingir aproximadamente ​91 cm​de altura. Gato (Felis catus): pode atingir aproximadamente ​ 76 cm​de comprimento.

A biossíntese da nepetalactona, nessas plantas, ocorre em várias etapas por meio do composto geraniol. 3. a) Resposta: No geraniol, há a função orgânica álcool. Na nepetalactona, éter e álcool.

A.

B.

CH3

H3C

d ) Quais são as nomenclaturas de cada antioxidante de acordo com a União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC)? e ) Em sua casa, procure rótulos de alimentos que contenham antioxidantes e escrevam quais são esses alimentos.

2. Para limpar equipamentos eletrônicos, recomen-

da-se utilizar uma solução de álcool isopropílico. Escolha a alternativa que apresenta a nomenclatura oficial e a fórmula química correspondente a esse composto. Resposta: Alternativa a. a ) ​Propan-2-ol​ e ​C​3​​H​8​O​.

OH

OH

H3C

CH3

Fórmula estrutural do geraniol.

O

CH3 Fórmula estrutural da nepetalactona.

a ) Quais são as funções químicas em cada uma dessas substâncias? b ) Em termos estruturais, qual é a semelhança entre essas funções?

Resposta: Ambas as estruturas são ramificadas por metilas e apresentam hidroxila do álcool e insaturações.

160

05/11/2024 15:30:46

4. A fava de baunilha é obtida da orquídea chamada

7. Analise as estruturas químicas a seguir, correspon-

Vanilla planifolia. Ela e seu extrato são utilizados como flavorizantes em confeitos. O composto responsável por proporcionar o aroma é a vanilina, e sua estrutura química está representada a seguir.

dentes aos hormônios testosterona e estradiol.

CH3

O

A.

UNIDADE

2 OH

7. a) Resposta: Testosterona: ​​ C​19​​​H​28​​​O​2​​​; estradiol: ​​C​18​​​H​24​​​O​2​​​.

O

HO Fórmula estrutural da vanilina.

Sobre esse composto, identifique cada informação como verdadeira ou falsa. I ) Esse composto tem a função orgânica de ácido carboxílico. II ) Esse composto é um tipo de álcool.

O Fórmula estrutural da testosterona.

7. c) Resposta: A testosterona é o hormônio sexual masculino, responsável pelo desenvolvimento dos genitais e das características masculinas na puberdade, além de aumentar a taxa metabólica e B. influenciar a libido. Já o estradiol é OH um hormônio sexual feminino e atua na regulação do ciclo menstrual.

III ) Esse composto tem as funções orgânicas aldeído e éter. Resposta: Verdadeiro. IV ) O nome oficial da vanilina é 4-hidroxi-3-metoxibenzaldeído. Resposta: Verdadeiro. V ) Esse composto é aromático e apresenta heteroátomo. Resposta: Verdadeiro.

HO Fórmula estrutural do estradiol.

5. Em alguns casos, a mesma fórmula química pode corresponder a compostos químicos diferentes. I ) Para a fórmula química ​C​2​H​6​O​, é possível ter as funções: Resposta: Alternativa d. a ) álcool e ácido carboxílico. b ) ácido carboxílico e fenol. c ) éster e enol.

Em relação a essas estruturas, responda às questões a seguir. a ) Quais são as fórmulas moleculares dos hormônios apresentados? b ) Quais são as funções orgânicas presentes nas moléculas de testosterona e estradiol?

Resposta: Testosterona: cetona e álcool; estradiol: fenol e álcool.

d ) éter e álcool. II ) Quais são as nomenclaturas dos possíveis compostos cuja fórmula química é ​C​3​H​6​O​2​? Resposta: Alternativa c.

a ) Metoxietano e ácido propanoico. b ) Propanol e propanal. c ) Ácido propanoico e etanoato de metila.

c ) Qual é a importância desses hormônios para o organismo? Se necessário, faça uma pesquisa.

8. Dos compostos representados a seguir, qual per-

tence somente ao grupo dos álcoois? Resposta: Alternativa C.

A.

B.

OH

d ) Propanona e metoximetano.

H2N

OH

H3C

CH3

6. Escreva as estruturas químicas dos seguintes compostos. Respostas nas Orientações para o professor. a ) Etanol. b ) Etoxietano. c ) Metanal. d ) ​Propan-2-ol​. e ) Butanona. f ) Ácido etanoico. g ) ​3-metil-fenol​.

4. I) Resposta: Falsa. Para ter a função ácido carboxílico, a estrutura precisaria ter uma carboxila (carbono ligado a um oxigênio por dupla-ligação e uma hidroxila por ligação simples). 4. II) Resposta: Falsa. Apesar de ter uma hidroxila, ela está ligada a um anel aromático, o que caracteriza a função fenol.

h ) Etanoato de butila.

Estrutura A.

C.

Estrutura B.

D.

O

OH

OH H 3C CH3 Estrutura C.

Estrutura D.

161

07/11/2024 08:54:02

Funções nitrogenadas

9. Resposta: Espera-se que os estudantes citem átomos de carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio.

CH3 N

N N

N Fórmula estrutural da cafeína ​​(​C​8​​​H​10​​​N​4​​​O​2​​)​​.

CH3

O

Samuel Kochhan/Shutterstock.com

A erva-mate é rica em cafeína (teor entre 2% e 5%, maior que o do café cujo teor está entre 1% e 2%) e em teobromina ​​(​C​7​​​H​8​​​N​4​​​O​2​​)​​, que também pode ser encontrada no café e no chocolate. Ao ser consumida, tende a aumentar o estado de alerta da pessoa e lhe dá uma sensação de bem-estar, pois é capaz de favorecer a liberação dos hormônios adrenalina (​​ ​C​9​​​H​13​​​NO​3​​)​​ e dopamina (​​ ​C​8​​​H​11​​​NO​2​​)​​ no sangue. Em alguns casos, no entanto, pode comprometer o sono e causar dores de cabeça, taquicardia, palpitações, gastrite e alterações de humor. 10. Resposta: Resposta pessoal. O O objetivo desta questão é que os estudantes identifiquem CH3 alimentos ricos em cafeína que fazem parte de sua alimentação.

9. Átomos de quais elementos químicos estão presentes na cafeína? 10. Você consome alimentos ricos em cafeína? Quais? 11. O que o consumo de cafeína em excesso pode provocar? 11. Resposta: Os estudantes podem responder que o consumo de cafeína em excesso pode provocar insônia, Pessoa bebendo dor de estômago, tremor, alterações nos batimentos chimarrão em uma cuia. cardíacos, entre outros efeitos.

A erva-mate representa um legado histórico e cultural que conecta os gaúchos aos povos indígenas Guarani, que antigamente habitavam o território que abrange desde a Amazônia até o Rio da Prata. A planta era utilizada por esses povos indígenas em rituais e como fonte de energia. Os guaranis preparavam a infusão da erva-mate em cuias, transmitindo para as próximas gerações seus conhecimentos sobre a planta e seus benefícios. Atualmente, a erva-mate é um produto de grande consumo e que faz parte da cultura e da economia de Paraguai, Brasil, Uruguai e Argentina. Sua relevância para essas populações se reflete em inúmeras manifestações e tradições culturais, como em músicas, contos populares, mitos e lendas. Os compostos orgânicos com função nitrogenada são substâncias que contêm átomos de carbono, hidrogênio e nitrogênio ​​(N)​​. A cafeína é um exemplo de função orgânica nitrogenada. Há diferentes tipos de funções nitrogenadas, e cada uma é definida pela forma como os átomos de nitrogênio estão ligados à molécula. A seguir, serão apresentadas as características de algumas delas.

Amina A dopamina é um neurotransmissor encontrado nos seres vivos e funciona como mensageiro químico, levando informações de um neurônio para uma célula receptora. Está envolvida em processos como o controle motor, a cognição, o prazer, o humor, algumas funções endócrinas, entre outras ações. Observe a seguir a fórmula estrutural desse composto e note que ele apresenta a função orgânica fenol, com duas hidroxilas ligadas ao anel benzênico, e a função amina, em razão da presença do átomo de nitrogênio. Professor, professora: Ao abordar o efeito da dopamina no organismo, comente com os estudantes que algumas pessoas desenvolvem compulsão pelo uso de redes sociais porque essas plataformas podem ser projetadas para recompensar os usuários. Durante o uso, as pessoas podem receber incentivos positivos, como curtidas e comentários, e a dopamina é produzida, provocando a sensação de prazer. Esse efeito pode causar vício.

fenol HO

HO fenol

amina NH2

Fórmula estrutural da dopamina.

162

05/11/2024 15:32:03

A amina é o grupo funcional que apresenta um átomo de nitrogênio ligado a um átomo de carbono por meio de ligações simples. São compostos polares, em que as aminas primárias – ligadas apenas a um carbono – e secundárias – ligadas a dois carbonos – são capazes de realizar ligações de hidrogênio (interações intermoleculares intensas). Dessa forma, apresentam temperaturas de fusão e de ebulição mais elevadas do que os de compostos apolares.

UNIDADE

2

Em geral, a nomenclatura das aminas é dada pela indicação do(s) grupo(s) orgânico(s) ligado(s) ao átomo de nitrogênio acrescida da palavra amina. Confira os exemplos a seguir. CH3

NH2

CH3

Fórmula estrutural da metilamina (​​ ​CH​3​​​NH​2​​)​​.

CH2 NH2

CH3

Fórmula estrutural da etilamina (​​ ​C​2​​​H​5​​​NH​2​​)​​.

NH

Fórmula estrutural da dimetilamina (​​ ​C​2​​​H​6​​NH)​​.

Vários tipos de medicamentos são preparados com aminas, como psicotrópicos e farmacológicos. Algumas aminas são utilizadas como tensoativos e alguns explosivos e corantes orgânicos são produzidos com aminas aromáticas. A função das aminas faz parte de uma importante classe de biomoléculas, os aminoácidos, que são as unidades básicas das proteínas. Como podemos observar pelo seu nome, os aminoácidos são compostos que apresentam as funções amina e ácido carboxílico. Observe a seguir a fórmula estrutural de dois aminoácidos. ácido carboxílico O

amina H2N

Psicotrópicos: substâncias que atuam na parte central do sistema nervoso, alterando temporariamente algumas características da pessoa, como percepção, comportamentos e humor.

ácido carboxílico O

OH

Fórmula estrutural do aminoácido lisina (​​ ​C​6​​​H​14​​​N​2​​​O​2​​)​​.

CH3

OH

NH2 amina

NH2 amina

Fórmula estrutural do aminoácido valina ​​(​C​5​​​H​11​​​NO​2​​)​​.

Há centenas de aminoácidos na natureza, mas apenas 20 deles são responsáveis por formar todas as proteínas. Esses aminoácidos são conhecidos como padrões e estão presentes nas moléculas de todas as proteínas. Todos apresentam as funções ácido carboxílico e amina, e diferenciam-se entre si pelo restante da sua cadeia carbônica. A imagem a seguir mostra alguns alimentos ricos em proteínas. Imagem sem proporção.

leite

queijo

lentilha carnes

soja

Oleksandra Naumenko/Shutterstock.com

feijão

ovos

castanhas

Alimentos de origem animal e vegetal ricos em proteínas.

12. Você ingere alimentos ricos em proteína? Quais consideraria ingerir? Resposta pessoal. O objetivo desta questão é levar os estudantes a avaliar sua alimentação e melhorá-la, além de indicarem os alimentos de origem animal (principalmente) e vegetal ricos em proteína.

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Amida

Imagens desta página sem proporção.

Ao serem metabolizadas no organismo dos mamíferos, as proteínas são decompostas em outras substâncias, entre elas a ureia (​​ ​CH​4​​​N​2​​O)​​, que é excretada por meio da urina. Altos níveis de ureia na corrente sanguínea indicam possíveis problemas nos rins, pois não estão filtrando o sangue de forma eficaz.

O H2N

C

NH2

Fórmula estrutural da ureia.

13. Converse com os colegas sobre a importância do bom funcionamento dos rins para o nosso organismo. Resposta: Espera-se que os estudantes comentem que os rins filtram o sangue, retirando do organismo o excesso de água e de outras substâncias que precisam ser eliminadas. Como resultado dessa filtração, é formada a urina. Hemerocallis/Shutterstock.com

A ureia também pode ser sintetizada industrialmente por meio do gás carbônico e do gás amônia ​​(​NH​3​​)​​. Essa substância é muito utilizada como fertilizante para as plantações. Nesse caso, a ureia pode ser distribuída tanto manualmente como por equipamentos agrícolas específicos, na forma de grânulos ou soluções fertilizantes, por ser solúvel em água. Além disso, a ureia pode compor a alimentação do gado.

A produção de ureia geralmente segue um processo industrial Esferas de carbamida, um fertilizante mineral que contém ureia. específico que envolve o gás carbônico e o gás amônia. Primeiro, ocorre a decomposição do gás metano (​​ ​CH​4​​)​​ em altas temperaturas, que produz o gás hidrogênio (​​ ​H​2​​)​​ e que é combinado com o nitrogênio (​​ ​N​2​​)​​, obtendo amônia líquida. Em seguida, a amônia é transformada em carbamato de amônio ​​(​NH​2​​​COONH​4​​)​​ com dióxido de carbono e, finalmente, o carbamato de amônio é desidratado, obtendo-se a ureia. Decomposição do metano: ​​CH​4​​ ​→ ​C ​+ ​2 ​H​2​​​ Formação da amônia: ​​N​2​​ ​+ ​3 ​H​2​​ ​→ ​2 ​NH​3​​​ Formação do carbamato de amônio e ureia: ​2 ​NH​3​​ ​+ ​​CO​2​​ ​→ ​​NH​2​​​COONH​4​​ ​→ ​​NH​2​​​CONH​2​​ ​+ ​​H​2​​O​ A ureia apresenta a função orgânica amida. As amidas são compostos orgânicos que têm a carbonila ligada diretamente ao átomo de nitrogênio. Confira a seguir como é formada a nomenclatura oficial das amidas. Nomenclatura das amidas Prefixo (número de carbonos) ​+​

Etanamida (​​ ​C​2​​​H​5​​NO)​​ Propanamida ​​(​C​3​​​H​7​​NO)​​

Parte intermediária amida (tipo de ligação química) ​+​

et

an

amida

prop

an

amida

O

O H3C

C

H3C NH2

Fórmula estrutural da etanamida.

CH2

C NH2

Fórmula estrutural da propanamida.

As poliamidas são materiais que têm uma ampla utilização na indústria têxtil, na medicina (em procedimentos como pontos cirúrgicos) e na pescaria (como o fio de pesca preso à vara). Rolo de linha de náilon.

Ekaterina43/Shutterstock.com

Exemplo

164

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Isomerias A fórmula molecular dos compostos etanol e metoximetano é ​​C​2​​​H​6​​O​. Embora tenham a mesma fórmula molecular, suas fórmulas estruturais são diferentes, conforme mostrado a seguir. CH3

CH2 OH

Fórmula estrutural do etanol.

CH3

O

UNIDADE

2

CH3

Fórmula estrutural do metoximetano.

Confira a seguir as propriedades físicas e químicas dessas substâncias, que também se diferem. Substâncias e suas propriedades Substância

Temperatura de ebulição (​​ °C)​​

Densidade (​​ ​g / cm​​ 3​)​​

Reação com o potássio

Etanol

​78,5​

​0,79​

sim

Metoximetano

​− 24,8​

​0,67​

não

Os compostos químicos que apresentam a mesma fórmula molecular e diferentes fórmulas estruturais são denominados isômeros (traduzido do grego, isos = igual, meros = partes).

Isomeria constitucional Os isômeros constitucionais podem ter diferenças quanto aos seguintes aspectos: • tipo de cadeia;

• posição de heteroátomos, grupos funcionais, ramificações e insaturações.

• função orgânica;

O exemplo envolvendo o etanol e o metoximetano é um caso de isomeria envolvendo função, pois os compostos apresentam funções orgânicas diferentes (álcool e éter). Quando os isômeros apresentam a mesma função orgânica e têm cadeias diferentes (normal/ramificada ou aberta/fechada), trata-se de isomeria envolvendo o tipo de cadeia, como mostrado a seguir. CH3 CH3

CH CH3

CH2 CH2 CH2 CH3 Fórmula estrutural do pentano ​​(​C​5​​​H​12​​)​​.

CH2 CH3

Fórmula estrutural do 2-metilbutano (​​ ​C​5​​​H​12​​)​​.

A diferença na posição de um grupo funcional, ramificação ou insaturação constitui uma isomeria envolvendo a posição do aspecto em questão, como ocorre nos exemplos a seguir. a ) Mudança na posição do grupo funcional. CH3

OH CH3

CH2 CH2 OH

Fórmula estrutural do ​ propan-1-ol​ (​​ ​C​3​​​H​7​​OH)​​.

CH

CH3

Fórmula estrutural do ​ propan-2-ol​ (​​ ​C​3​​​H​7​​OH)​​.

b ) Mudança na posição de uma ramificação. CH3

CH

CH2 CH2 CH3

CH3

CH2 CH

CH3

CH2 CH3

CH3

Fórmula estrutural do 2-metilpentano (​​ ​C​6​​​H​14​​)​​.

Fórmula estrutural do 3-metilpentano (​​ ​C​6​​​H​14​​)​​.

c ) Mudança na posição da instauração. HC

C

CH2 CH3

Fórmula estrutural do ​but-1-ino​ (​​ ​C​4​​​H​6​​)​​.

CH3

C

C

CH3

Fórmula estrutural do ​but-2-ino​ (​​ ​C​4​​​H​6​​)​​.

165

05/11/2024 15:32:07

d ) Mudança na posição de um heteroátomo. CH3

O

CH3

CH2 CH2 CH3

Fórmula estrutural do metoxipropano ​​(​C​4​​​H​10​​O)​​.

CH2 O

CH2 CH3

Fórmula estrutural do etoxietano (​​ ​C​4​​​H​10​​O)​​.

Estereoisomeria Os estereoisômeros apresentam a mesma fórmula molecular e a mesma fórmula estrutural plana, diferenciando-se por suas fórmulas estruturais espaciais. Portanto, são constituídos pelos mesmos átomos e mesmas ligações químicas, mas em posições espaciais diferentes, o que lhes confere propriedades distintas. Eles podem ser classificados como diastereoisômeros e enantiômeros.

Ilustrações: Cynthia Sekiguchi/Arquivo da editora

Os diastereoisômeros são compostos isômeros que não são a imagem um do outro em um espelho. Já os enantiômeros são isômeros que são a imagem um do outro em um espelho. Analise a seguir dois exemplos.

Fórmula estrutural espacial de substância que pode apresentar diastereoisômero.

Diastereoisômero da estrutura anterior.

Fórmula estrutural espacial de substância que pode apresentar enantiômeros.

Imagens desta página sem proporção e em cores fantasia.

Enantiômero da estrutura anterior.

Diastereoisômeros

Ilustrações: Cynthia Sekiguchi/Arquivo da editora

A diastereoisomeria ocorre quando há uma dupla-ligação entre dois átomos de carbono. A presença da ligação dupla não permite a rotação entre eles, pois ela é rígida. Isso possibilita a formação de duas estruturas diferentes, que são chamados de cis e trans. Observe as imagens a seguir.

Representação de isômero cis.

Representação de isômero trans.

Isso também ocorre em cadeias cíclicas, pois as ligações entre os carbonos também têm impedimento de rotação. Para que a formação das estruturas cis e trans seja possível, são necessárias algumas condições, como mostra a estrutura a seguir. R1 R2

C

C

R3 R4

Fórmula estrutural genérica com uma ligação dupla entre carbonos.

Os ligantes de cada carbono da ligação dupla devem satisfazer à seguinte condição: que ​​R​1​​​ seja diferente de ​​R​2​​​, ​​R​3​​​ seja diferente de ​​R​4​​​ e que um ligante do lado esquerdo seja igual a um ligante do lado direito.

166

05/11/2024 15:32:09

UNIDADE

2 A seguir, alguns exemplos de como podem ser representados os isômeros cis e trans: CH2 CH3 C

H3C

C

H

C H

H

CH2 CH3

Fórmula estrutural do ​ trans-pent-2-eno​ (​​ ​C​5​​​H​10​​)​​.

CH3 CH2

CH2 CH2 CH3 C

C

H

Fórmula estrutural do ​ cis-pent-2-eno​ (​​ ​C​5​​​H​10​​)​​.

CH3 CH2

H

Ilustrações: Vinícius Costa/Arquivo da editora

H3C

H C

C

C CH2 CH2 CH3

H

H

Fórmula estrutural do ​ cis-hept-3-eno​ (​​ ​C​7​​​H​14​​)​​.

Fórmula estrutural do ​ trans-hept-3-eno​ (​​ ​C​7​​​H​14​​)​​.

Os ácidos graxos insaturados são componentes das gorduras e podem se apresentar na forma cis ou trans. a) Resposta: Espera-se que os estudantes percebam que o consumo de gordura trans, principalmente proveniente de alimentos industrializados, aumenta os níveis do colesterol LDL e os riscos de problemas cardiovasculares. Espera-se que verifiquem as informações referentes à gordura trans presentes em diversos alimentos industrializados, principalmente nos que eles geralmente ingerem no cotidiano. Esta atividade leva-os a refletir sobre possíveis mudanças de hábitos a fim de cuidar da própria saúde.

H

H

O OH

cis Representação da estrutura de ácido graxo cis.

H

b) Resposta pessoal. Esta atividade tem o objetivo de fazer os estudantes compartilharem os resultados obtidos e proporem alternativas para uma alimentação saudável.

O OH

H trans Representação da estrutura de ácido graxo trans.

Compartilhe ideias

A gordura trans é pouco comum na natureza, mas é produzida com gorduras vegetais pela indústria alimentícia. O consumo de gorduras trans tem sido associado a problemas de saúde, logo recomenda-se evitá-la. a ) Junte-se a um colega e pesquisem os principais problemas de saúde associados ao consumo de alimentos com gorduras trans. Em seguida, confiram se os rótulos dos alimentos industrializados que vocês geralmente consomem indicam a presença de gordura trans ou não. b ) Conversem sobre os malefícios do consumo de gordura trans e elaborem cartazes informativos. Neles, listem os alimentos com gordura trans que vocês mais consomem, sugerindo opções para substituí-los. Exponham os cartazes na sala de aula.

Enantiômeros Os enantiômeros são opticamente ativos, ou seja, desviam o plano da luz polarizada e são formados por estruturas assimétricas. Uma substância com estrutura assimétrica não tem plano de simetria. Dica Um raio de luz natural é constituído de ondas eletromagnéticas que oscilam em infinitos planos de vibração e que passam pelo eixo de propagação. Há certos materiais que, ao serem atravessados pela luz natural, deixam passar apenas as vibrações de determinado plano, absorvendo as demais. Nesse caso, tem-se a luz polarizada. A substância que desvia o plano da luz polarizada é uma substância opticamente ativa.

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05/11/2024 15:32:11

O exemplo de molécula orgânica assimétrica apresenta, ao menos, um carbono assimétrico. É considerado carbono assimétrico (​​ C *) ​​ aquele que contém quatro ligantes distintos entre si, podendo também ser chamado de estereocentro ou centro de quiralidade.

OH

OH H

H3C

Vinícius Costa/Arquivo da editora

Sergio Lima/Arquivo da editora

A molécula 2-pentanol é um exemplo de molécula orgânica com um carbono assimétrico, pois o segundo carbono tem quatro ligantes distintos: um grupo metil, um grupo propil, um átomo de hidrogênio e um grupo ​OH​.

CH3

H H3C

CH3

espelho

espelho Representações da estrutura do pentan-2-ol.

Fórmulas estruturais do pentan-2-ol.

Imagem sem proporção e em cores fantasia.

Dica

Os exemplos mostrados anteriormente ilustram imagens especulares não sobreponíveis dessas moléculas. Mesmo que viremos a molécula de todas as maneiras possíveis, concluiremos que não é possível sobrepô-la à sua imagem, portanto são enantiômeros. Eles têm as mesmas propriedades físicas, logo apresentam mesmas densidade e fusão e os mesmos pontos de ebulição. Para identificar se a amostra contém substância quiral e conferir qual é o enantiômero, utiliza-se um equipamento chamado polarímetro. A luz polarizada passa por uma solução contendo um isômero óptico. O plano de polarização da luz é rotacionado para a direita ou para a esquerda, diferenciando o enantiômero. 14. Resposta: Espera-se que os estudantes comentem que a execução de vários testes, sob diferentes condições, é necessária para avaliar a eficácia e a segurança dos medicamentos, identificando as dosagens mais adequadas, contraindicações, efeitos colaterais e possíveis riscos.

SUKJAI PHOTO/Shutterstock.com

Na fórmula estrutural, a cunha sólida indica que a ligação está à frente do plano da página, e a cunha tracejada indica que a ligação está atrás do plano da página.

Polarímetro digital usado para determinar o desvio da luz.

Há isômeros com fórmulas estruturais bem semelhantes e que são produzidos por meio da mesma reação química. É necessário ficar atento às propriedades desses isômeros, pois a configuração espacial dos enantiômeros faz que eles tenham efeitos diferentes no organismo. Um isômero pode ser totalmente inerte em relação a um receptor do organismo, enquanto o outro pode ter um efeito inesperado. No início da década de 1960, a Alemanha apresentou diversos casos de crianças que nasciam com malformações. A origem desses problemas estava associada a uma substância ingerida pelas respectivas mulheres grávidas para reduzir os sintomas de enjoo: a talidomida ​​(​C​13​​​H​10​​​N​2​​​O​4​​)​​. A talidomida comercializada era uma mistura de enantiômeros, e um deles causava malformações, o que chamamos de efeito teratogênico. Com esse incidente, a indústria farmacêutica passou a aprimorar a produção de medicamentos seguros cujas moléculas apresentavam esse tipo de isomeria.

estereocentro

O N O

*

O O

N

Representação da fórmula estrutural da talidomida.

H

14. Converse com um colega sobre a importância de realizar diversos testes envolvendo novos medicamentos, antes de comercializá-los. Anote suas conclusões.

15. Pesquise qual é o órgão brasileiro responsável por fiscalizar e regular a comercialização dos medicamentos. 15. Resposta: Espera-se que os estudantes citem a Agência Nacional de Vigilância Sanitária (Anvisa).

168

05/11/2024 15:32:12

ATIVIDADES

NÃO ESCREVA NO LIVRO.

1. De acordo com o Instituto Nacional de Câncer

3. A lidocaína é utilizada como anestésico de ação

(Inca), o tabagismo é considerado uma doença crônica causada pela dependência de nicotina, que está presente em produtos à base de tabaco. Também está associado a muitos tipos de câncer e aumenta o risco de contrair doenças crônicas não transmissíveis. A nicotina é um composto tóxico e viciante. Analise a estrutura desse composto.

local, podendo também ser usada como tratamento para arritmias e outras doenças cardíacas.

UNIDADE

2

H N

N O

Fórmula estrutural da lidocaína.

N CH3

N

Fórmula estrutural da nicotina.

a ) Qual é a fórmula molecular da nicotina? Resposta: ​​C​10​​​H​14​​​N​2​​​

b ) A nicotina apresenta em sua estrutura o anel benzênico? Resposta: Não. c ) Qual é a principal função orgânica presente na estrutura da nicotina? Resposta: Amina.

Analisando a fórmula estrutural da lidocaína, identifique as funções orgânicas presentes, considerando também a classificação das aminas em primária, secundária e terciária e, em seguida, identifique a alternativa correta. Resposta: a ) Amida e amina terciária.

Alternativa a.

b ) Apenas grupos amidas. c ) Cetona e amina. d ) Apenas grupos aminas. e ) Amida e amina primária.

2. Os aminoácidos são os principais constituintes

4. Qual das alternativas a seguir apresenta o isôme-

das proteínas. Os aminoácidos sintetizados pelo nosso organismo chamam-se não essenciais e suprem as necessidades celulares. Já os aminoácidos não sintetizados pelo organismo humano precisam compor nossa alimentação e são conhecidos como aminoácidos essenciais.

ro da substância ​5-metil-hexan-3-ona​? Resposta:

A valina é um exemplo de aminoácido essencial. Carne, peixe, leite, feijão e castanha são alguns dos principais alimentos que contêm esse aminoácido. Identifique a alternativa que indica apenas as funções orgânicas encontradas na molécula de valina. Resposta: Alternativa e.

e ) 4-metil-pentan-2-ona.

Alternativa c.

a ) 2-metil-hexanoico. b ) ​2,2,3,3-metil-hexanol​. c ) Heptan-3-ona. d ) Hexan-3-ona.

5. Considere os compostos a seguir. I. hept-1-eno. II. hexan-3-ol. III. 2,3-dimetilbutano. IV. 2,2-dimetilbutano.

O

V. ciclopentano. OH NH2 Fórmula estrutural da valina.

VI. pent-2-ino. VII. 3-metil-2-pentanona. Qual desses compostos apresentaria atividade ótica ao ser analisado em polarímetro?

a ) Álcool e amida.

a ) Compostos III e VII.

b ) Amida e amina.

b ) Compostos II e VII.

c ) Cetona e amina.

c ) Compostos IV, II e V.

d ) Éster e éter.

d ) Compostos I, III e VI.

e ) Ácido carboxílico e amina.

e ) Apenas II.

Resposta: Alternativa b.

169

05/11/2024 15:32:13

6. Leia o trecho da lenda a seguir e responda ao que se pede. Professor, professora: Comentários da questão 6 nas Orientações para o professor.

A Lenda da Erva-mate Lenda do folclore gaúcho

[…] O forasteiro revelou que era um enviado de Tupã, e que este estava preocupado com a sorte daquela pequena família. – Diga-me, velho senhor, o que gostaria de ter? Como posso lhe ajudar? – Minha filha não acompanha nosso povo porque quer cuidar de mim. Eu gostaria de ter um amigo que me fizesse companhia, me ajudasse a passar o tempo e me desse mais forças, para que eu pudesse ficar sozinho. – Pois está feito! Vou lhe trazer exatamente o que precisas! O homem foi à mata e voltou trazendo um galho da árvore Caá. Era verde e muito perfumado. – Plante e deixe crescer. Depois, tire outras mudas e vá plantando e replantando esse arbusto, para que se multiplique. Essa erva dá um excelente chá. Vamos, vou lhe ensinar como fazer! O enviado de Tupã preparou a infusão numa cabaça, colocou um canudo de taquara e ensinou o velho a sorver. – Está aí o amigo que querias! Suas forças voltarão e você poderá caçar e trabalhar novamente! […] CAMPOS, Maria Fernanda. A lenda da erva-mate. Instituto Purunã, 3 nov. 2020. Disponível em: https://institutopuruna.com.br/a-lenda-da-erva-mate/. Acesso em: 23 ago. 2024.

a ) De acordo com a lenda, qual é a função das propriedades da erva-mate?

Resposta: As propriedades da erva-mate, de acordo com a lenda, ajudam a recuperar as forças.

b ) Quais são os principais componentes da erva-mate que a fazem ter o efeito relatado na lenda? Resposta: Os componentes responsáveis por tais efeitos são a cafeína e a teobromina.

c ) Relacione as estruturas moleculares a seguir com os componentes identificados anteriormente. Qual(is) é (são) a (as) função(ões) orgânica(s) presente(s) nesses compostos? CH3 O

N

N Resposta: Cafeína. Apresenta função orgânica amida e amina.

CH3

N

N CH3

N

NH

N

CH3

H3C

O

Estrutura A.

O

N

O

Resposta: Teobromina. Apresenta função orgânica amida e amina.

Estrutura B.

d ) O penúltimo parágrafo do trecho da lenda explica como se faz o chá. Considerando as estruturas do item anterior, explique por que seu preparo necessita apenas de água.

7. Sabendo que os isômeros são dois ou mais compostos diferentes com a mesma fórmula molecular, o etoxietano é isômero do:

Resposta: Alternativa d.

a ) ácido butanoico.

c ) butanona.

b ) butanal.

e ) etoxibutano. 6. d) Resposta: Ao analisar as fórmulas estruturais da cafeína e da teobromina, verifica-se que são moléculas polares. Dessa maneira, basta água quente para extrair essas substâncias da erva-mate.

d ) butanol.

8. Analise a estrutura dos aminoácidos a seguir. O

O OH

NH2

Fórmula estrutural da leucina (​​ ​C​6​​​H​13​​​NO​2​​)​​.

O OH

NH2

Fórmula estrutural da isoleucina (​​ ​C​6​​​H​13​​​NO​2​​)​​.

OH NH2

Fórmula estrutural da alanina (​​ ​C​3​​​H​7​​​NO​2​​)​​.

a ) Escreva o número de carbonos assimétricos em cada aminoácido. Resposta: Leucina: 1. Isoleucina: 2. Alanina: 1.

b ) Quais são as funções orgânicas presentes nos compostos apresentados? Resposta: Amina e ácido carboxílico.

170

05/11/2024 15:32:14

9. Quais compostos a seguir são isômeros de ca-

10. Quais são as funções orgânicas presentes na molé-

deia aberta e não ramificada de fórmula molecular ​​C​5​​​H​10​​​? Justifique sua resposta detalhando o tipo de isomeria.

cula de frutose e quantos carbonos assimétricos ela A frutose tem as funções cetona e álcool e tem? Resposta: apresenta 3 carbonos assimétricos, nos carbonos 3, 4

A.

H2C

OH

OH

O

UNIDADE

2

e 5 da cadeia principal.

CH3 OH

Fórmula estrutural do pent-1-eno.

OH

OH

Fórmula estrutural da frutose.

11. A substância química adrenalina é um hormônio liB.

H

berado em maior quantidade pelo organismo em situações de estresse, medo ou raiva, o que eleva temporariamente a frequência cardíaca do indivíduo.

CH3

H3C

Analise a fórmula estrutural da adrenalina e responda ao que se pede.

H

Fórmula estrutural do trans-pent-2-eno.

OH HO

C. Fórmula estrutural do ciclopenteno.

D.

CH3

Fórmula estrutural da adrenalina.

a ) Quais são as funções químicas presentes na substância química adrenalina?

CH3 H2C

HN

HO

CH3

Fórmula estrutural do 2-metilpenteno.

Resposta: Fenol, álcool e amina.

Resposta: Estruturas A e B. A estrutura A é isômero de posição e B é isômero geométrico.

b ) Qual é a fórmula molecular da substância citada? Resposta: ​​C​9​​​H​13​​N​O​3​​​ c ) A substância adrenalina apresenta carbono assimétrico em sua estrutura? Caso tenha, em qual(is) carbono(s)? Resposta: Sim. No carbono

ligado à hidroxila, anel aromático e outro carbono ligado ao nitrogênio. Imagens desta página sem proporção e em cores fantasia.

RETOME O QUE ESTUDOU Respostas nas Orientações para o professor.

Refletindo sobre o que estudou nesta unidade, responda às questões a seguir.

1. Caracterize a ligação metálica e explique por que os metais são bons condutores de eletricidade. 2. Analise as imagens a seguir e classifique as substâncias em polares ou apolares. Explique como podemos

δ

δ

δ

δ Representação de molécula de água.

δ

δ

Ilustrações: Cynthia Sekiguchi/Arquivo da editora

classificá-las dessa forma apenas observando a geometria de sua molécula.

Representação de molécula de dióxido de carbono.

3. Indique, com base na fórmula molecular ​C​6​H​6​, a nomenclatura de um hidrocarboneto cíclico e insaturado e a de um hidrocarboneto de cadeia aberta e insaturado.

4. A fórmula química do etanol e do metoximetano é ​C​2​H​6​O​. O que diferencia essas substâncias? Como é chamada essa situação?

171

05/11/2024 15:32:15

MAIS QUESTÕES

NÃO ESCREVA NO LIVRO.

1. (Enem/MEC) Por terem camada de valência

completa, alta energia de ionização e afinidade eletrônica praticamente nula, considerou-se por muito tempo que os gases nobres não formariam compostos químicos. Porém, em 1962, foi realizada com sucesso a reação entre o xenônio (camada de valência ​5​s​2​​5p​​6​) e o hexafluoreto de platina e, desde então, mais compostos novos de gases nobres vêm sendo sintetizados. Tais compostos demostram que não pode aceitar acriticamente a regra do octeto, na qual se considera que, numa ligação química, os átomos tendem a adquirir estabilidade assumindo a configuração eletrônica de gás nobre. Dentre os compostos conhecidos, um dos mais estáveis é o difluoreto de xenônio, no qual dois átomos do halogênio flúor (camada de valência ​2​s​2​​2p​​5​) se ligam covalentemente ao átomo de gás nobre para ficarem com oito elétrons de valência. Ao se escrever a fórmula de Lewis do composto de xenônio citado, quantos elétrons na camada de valência haverá no átomo do gás nobre? a) 6 b) 8 d ) 12 e ) 14

Resposta: Alternativa c.

2. (Fuvest-SP) Um tema de grande interesse na

química é a ativação seletiva de ligações C ​ ​- ​H​. Essa ativação permite a substituição de H ​ ​nessas ligações por outros átomos, como ​O​ou ​N​. A relevância desse tema pode ser verificada em um estudo recentemente publicado no prestigioso periódico Science, que conta com uma egressa da USP dentre seus autores. A baixa diferença de eletronegatividade entre ​C​ e ​H​é um dos motivos que dificulta a ativação da ligação ​C ​- ​H​, pois torna a ligação pouco polar e diminui sua reatividade.

Eletronegatividade

3,5

FUVEST/2024

F

4,0

C

3,0 H

2,0

b ) ​C ​- ​F​ c ) ​S ​- ​O​ d ) ​P ​- ​H​

Resposta: Alternativa d. Resolução nas

e ) ​P ​- ​C𝓁​ Orientações para o professor. Note e adote:

Número atômico (​​ Z)​​ dos elementos: ​H ​= ​1​, ​C ​= ​6​,​ N ​= ​7​, ​O ​= ​8​, ​F ​= ​9​, ​P ​= ​15​, ​S ​= ​16​, ​C𝓁 ​= ​17​.

3. (UEPG-PR) A eletronegatividade pode ser definida como a capacidade de um átomo de atrair os elétrons compartilhados em uma ligação química. Na tabela periódica, essa capacidade aumenta ao longo do período, da esquerda para a direita, até a coluna 17 e diminui ao longo do grupo. Baseando-se nessas informações, assinale o que for correto.

02 ) Os halogênios são, comparativamente, os elementos mais eletronegativos da tabela periódica. 04 ) A ligação química entre dois átomos iguais é classificada como ligação apolar. 08 ) As ligações ​H ​- ​O ​- ​H​, na água, são do tipo apolar. Resposta: Soma: ​0​1 ​+ 0​2 ​+ 0​4 ​= ​7​.

4. (UFRGS-RS) Considere as afirmações abaixo, a respeito da geometria molecular e da polaridade de moléculas. I ) A molécula de ​CH2C𝓁​2​terá momento de dipolo não nulo. II ) A molécula de ​Be​H​2​​​é polar, por causa da diferença de eletronegatividade entre ​Be​e ​H​. III ) O momento de dipolo do ​BF​3​é maior do que o do ​BC𝓁3​. Quais estão corretas? Resposta: Alternativa a. a ) Apenas I. b ) Apenas II.

1,5 1,0 0,5

a ) ​C ​- ​N​

01 ) A eletronegatividade é uma propriedade periódica.

c ) 10

2,5

Considerando apenas a eletronegatividade, representada no gráfico, qual das alternativas apresenta uma ligação ainda menos reativa do que a ligação ​C ​- ​H​?

Li 0

2

Na 4

6

8 10 12 14 No Atômico (Z)

c ) Apenas III.

K 16

18

20

d ) Apenas II e III. e ) I, II e III.

172

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NÃO ESCREVA NO LIVRO.

5. (UAM-SP) A molécula de ureia, ​O ═ C​(​ ​NH​2​)​ ​, é formada no organismo humano a partir do metabolismo de 2

proteínas. Na molécula de ureia, os arranjos das ligações ao redor do átomo de carbono e do átomo de nitrogênio apresentam, respectivamente, as geometrias a ) trigonal plana e trigonal piramidal. d ) trigonal plana e angular. b ) trigonal piramidal e tetraédrica. e ) tetraédrica e tetraédrica. c ) tetraédrica e trigonal plana. Resposta: Alternativa a.

6. (UERJ) Ao anoitecer, as células da retina envolvidas na percepção da luminosidade disparam sinais que es-

timulam a glândula pineal a produzir e secretar melatonina, hormônio responsável por preparar o organismo para o repouso. Por ser composta por uma porção hidrofílica e outra hidrofóbica, a melatonina penetra facilmente a membrana plasmática de diferentes tipos de células. Essa facilidade de penetração da melatonina deve-se à composição da membrana plasmática, que contém moléculas dos seguintes tipos: a ) polares e apolares c ) positivas e negativas b ) covalentes e iônicas d ) redutoras e oxidantes Resposta: Alternativa a.

7. (UFRGS-RS) Considere a seguinte escala de energia (em k​ J ​mol​​−1​) para as forças inter e intramoleculares mais relevantes que podem ocorrer nas moléculas: covalente, dipolo-dipolo, iônica, dispersão e ligações de hidrogênio.

0

2

5

10

A

20

Forças intramoleculares

100

400

1 000

B

kJ mol-1

UFRGS/2022

Forças intermoleculares

C

D

E

A energia das forças dipolo-dipolo e covalente corresponderia, respectivamente, às regiões assinaladas pelas letras a ) A e C.

Resposta: Alternativa e.

b ) A e E.

c ) B e D.

d ) C e B.

e ) D e E.

8. (UERJ) Observe a equação química que representa a hidrólise do carbeto de cálcio. ​​CaC​2​​​(s)​​+ ​2 ​H​2​​O​(𝓁) ​ ​→ ​Ca​​(OH)​​ ​​​(aq)​​+ ​​C​2​​​H​2​​​(g)​​

O nome do composto orgânico obtido nessa reação é:

2

a ) etino

c ) etanal

b ) eteno

d ) etanol

Resposta: Alternativa a.

9. (UEPG-PR) Em um experimento no laboratório de Química, o professor disponibilizou volumes iguais dos solventes abaixo descritos. I ) ​H​2​O​

II ) Clorofórmio, ​CHC𝓁​3​

III ) Etanol, ​C​2​H​5​OH​

Foram realizadas misturas dois a dois entre I e II; entre I e III e entre II e III. Considerando as polaridades dos solventes, as forças intermoleculares existentes e os tipos de misturas obtidas, assinale o que for correto. 01 ) ​C​2​H​5​OH​se mistura com ​H​2​O​em qualquer proporção, formando uma mistura homogênea. 02 ) ​H​2​O​e ​CHC𝓁​3​apresentam polaridades similares. 04 ) A mistura entre II e III é heterogênea, pois o ​C​2​H​5​OH​é polar, enquanto o ​CHC𝓁​3​é apolar. 08 ) Tanto ​C​2​H​5​OH​ como ​H​2​O​ apresentam ligações de hidrogênio e, ao se misturarem, também ocorre a formação de ligação de hidrogênio entre eles. 16 ) A mistura entre I e II leva à formação de uma mistura heterogênea, pois a ​H​2​O​é polar e apresenta ligações de hidrogênio, enquanto o ​CHC𝓁​3​, por ser apolar, apresenta apenas interações do tipo dipolo induzido-dipolo induzido. Resposta: Soma: ​1 ​+ ​8 ​= ​9​.

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10. (UECE) Presentes em quase todas as formas de

vida e sintetizados pelos próprios organismos, os esteroides fazem parte de um grupo complexo de compostos que integram para a manutenção da vida. Fazendo parte de uma classe de lipídios, quando analisados do ponto de vista químico, os esteroides são identificados como compostos lipossolúveis, derivados de triterpenos tetracíclicos. No corpo humano, destacam-se os esteroides colesterol, testosterona e estradiol. A classe dos esteroides deriva do anel orgânico ciclopentanoperidrofenantreno, cuja estrutura é a seguinte:

Salicilato de metila (no óleo de gaultéria)

UECE/2020

Anetol (no óleo de anis)

Com relação a essa estrutura, é correto afirmar que a ) existem 24 átomos de hidrogênio ligados a todos os átomos de carbono secundário. b ) o total de átomos de carbonos primários e terciários é 6.

Vanilina (no óleo de baunilha)

c ) o anel orgânico ciclopentanoperidrofenantreno é aromático. d ) como essa estrutura pertence à classe dos lipídios, trata-se de um carboidrato. Resposta: Alternativa b.

11. (Enem/MEC) De modo geral, a palavra “aromáti-

Eugenol (no óleo de cravos) Imagens: ENEM/2022

co” invoca associações agradáveis, como cheiro de café fresco ou de um pão doce de canela. Associações similares ocorriam no passado da história da química orgânica, quando os compostos ditos “aromáticos” apresentavam um odor agradável e foram isolados de óleos naturais. À medida que as estruturas desses compostos eram elucidadas, foi se descobrindo que vários deles continham uma unidade estrutural específica. Os compostos aromáticos que continham essa unidade estrutural tornaram-se parte de uma grande família, muito mais com base em suas estruturas eletrônicas do que nos seus cheiros, como as substâncias a seguir, encontradas em óleos vegetais.

Cinamaldeído (no óleo de canela) SOLOMONS, T. W. G.; FRYHLE, C. B. Química orgânica. Rio de Janeiro: LTC, 2009 (adaptado).

A característica estrutural dessa família de compostos é a presença de Resposta: Alternativa c.

Enem/2022

a ) ramificações.

Benzaldeído (no óleo de amêndoas)

b ) insaturações. c ) anel benzênico. d ) átomos de oxigênio. e ) carbonos assimétricos.

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12. (Enem/MEC) Um microempresário do ramo de

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:

(1)

a ) 2 apenas.

d ) 1, 2 e 3 apenas.

b ) 1 e 4 apenas.

e ) 1, 2, 3 e 4.

c ) 3 e 4 apenas.

Resposta: Alternativa c.

14. (UFPR) Ao tentar identificar todas as possibi-

lidades de fórmulas estruturais do composto 1,2-diclorociclo-hexano, um estudante propôs as quatro estruturas mostradas na figura abaixo. Entretanto, seu professor apontou que havia um engano, porque apenas três estruturas distintas são possíveis.

(3)

(4)

(5)

Qual substância o empresário deverá utilizar? a) 1

d) 4

b) 2

e) 5

c) 3

Resposta: Alternativa a.

13. (UFPR) Em química orgânica, é comum os com-

postos com propriedades físico-químicas, em particular a reatividade, serem classificados em grupos chamados de funções orgânicas. Cada função orgânica apresenta um conjunto de átomos específicos que a define. Considere as seguintes afirmações sobre pares de funções orgânicas.

1

2

3

4

Imagens: UFPR/2020

Imagens: ENEM/2022

(2)

O estudante propôs uma estrutura a mais porque considerou em sua resposta que: a ) 1 e 2 são moléculas diferentes. b ) 1 e 3 são diasteoisômeros. c ) 1 e 4 são sobreponíveis. d ) 2 e 3 são isômeros constitucionais. e ) 3 e 4 são enantiômeros. Resposta: Alternativa a.

15. (UERJ) As bases nitrogenadas são componentes

fundamentais das moléculas de ácidos nucleicos, encontradas nas células vivas dos órgãos. Observe as fórmulas estruturais de duas dessas bases, a timina e a uracila.

2. Éteres e ésteres são funções orgânicas nitrogenadas. 3. Fenóis e álcoois são funções orgânicas oxigenadas. 4. Cetonas e aldeídos são funções orgânicas carboniladas. De acordo com os conhecimentos de química orgânica, a(s) afirmativa(s) que descreve(m) corretamente as características estruturais das funções orgânicas citadas é/são:

Timina

Uracila

Imagens: UERJ/2024

1. Aminas e amidas são funções orgânicas hidroxiladas.

O grupamento que diferencia essas duas bases nitrogenadas é denominado: a ) metil

c ) carboxila

b ) propil

d ) carbonila

Resposta: Alternativa a.

175

05/11/2024 15:33:46

3 UNIDADE

MATÉRIA, ENERGIA E AS TRANSFORMAÇÕES NA TERRA

Nesta unidade, vamos estudar... • transformações físicas; • transformações químicas; • misturas homogêneas (soluções); • propriedades coligativas; • estequiometria; • entalpia.

Inúmeros foguetes, com missões espaciais tripuladas, são impulsionados para o espaço por gases expelidos de motores que produzem uma chama controlada. Essa propulsão é capaz de tirar toneladas de matéria do repouso, vencendo o campo gravitacional da Terra até atingir uma altitude predeterminada. A propulsão de foguetes ocorre por meio de reações entre combustível e oxidante, o que gera grande quantidade de energia e gases. Esses gases se expandem e pressionam as paredes da câmara dos propelentes, provocando o empuxo que faz o foguete se locomover. Geralmente, as temperaturas do local em que ocorrem essas reações variam entre 2 000 e ​4 000 °C​, e seus produtos são ejetados por um bocal, o que pode levar o foguete a velocidades de até ​15 480 km / h​. Esse é um exemplo de transformação da matéria, em que dois materiais interagem entre si para formar uma ou mais substâncias novas. Nesta unidade, serão abordados os diferentes tipos de transformações da matéria, que podem alterar ou não sua composição, a quantidade de matéria envolvida nessas transformações e como a energia está relacionada a elas. Além desses assuntos, também vamos conhecer como a presença de substâncias dissolvidas em líquidos formam soluções e como a presença delas pode influenciar as transformações físicas dessas misturas. Respostas nas Orientações para o professor.

a ) Analisando a fotografia do início do lançamento do foguete, por meio de quais indícios é possível identificar que algum tipo de transformação está ocorrendo na cena? b ) Você diria que a quantidade de gases formados na queima do combustível e a quantidade de calor gerado podem ser determinados antes do lançamento do foguete? c ) As missões espaciais são muito importantes para o desenvolvimento científico e tecnológico. Converse com os colegas sobre a importância dessas missões para os seres humanos.

176

05/11/2024 15:35:11

U.S. Civilian/NASA

Lançamento do ônibus espacial estadunidense Discovery em 1984, hoje em exposição no Museu Nacional do Ar e do Espaço do Smithsonian, na Virgínia, nos arredores de Washington, D.C.

177

05/11/2024 15:35:16

CAPÍTULO

10

Transformações da matéria 1. Resposta: Espera-se que os estudantes mencionem que, além das chuvas intensas, o descarte inadequado de resíduos e a impermeabilização do solo em razão da pavimentação, prejudicial à absorção e à drenagem da água das chuvas, podem ter contribuído para a inundação. Douglas Pfeiffer/Shutterstock.com

Entre os meses de dezembro e março de cada ano, que marcam o verão no hemisfério Sul, o período do dia é maior do que o da noite e as temperaturas dos dias são mais quentes, além de ser comum ocorrerem chuvas intensas em diferentes regiões do Brasil. Rua inundada em razão de chuva intensa no município de Porto Alegre (RS), em 2024.

1. Quais são as possíveis razões da inundação retratada na fotografia?

O Sol é a estrela do Sistema Solar. Sua luz é composta de radiação ultravioleta, luz visível e radiação infravermelha, chegando aos planetas desse sistema com diferentes intensidades. Ao atingir a superfície terrestre, parte das ondas eletromagnéticas provenientes do Sol, nesse caso a radiação infravermelha, aquece a superfície do planeta e seus componentes bióticos e abióticos, como a água (​​ ​H​2​​O)​​. Ao absorver esse tipo de radiação, a água pode mudar seu estado de agregação, ou seja, a disposição de suas moléculas no espaço, passando da fase sólida para a líquida ou da líquida para a gasosa. Essas mudanças podem ser identificadas no ciclo hidrológico e são essenciais para a ciclagem desse composto no ambiente. O ciclo hidrológico, também conhecido como ciclo da água, é o movimento contínuo da água no ambiente e entre seus componentes e, assim como outros ciclos da natureza, é biogeoquímico. Confira a seguir um esquema do ciclo hidrológico. Professor, professora: Oriente os estudantes a ler as informações do esquema seguindo a ordem numérica crescente.

Imagem sem proporção e em cores fantasia.

3. 2. 4.

Rivaldo Barboza/Arquivo da editora

5. 1.

Representação do ciclo hidrológico.

Imagem elaborada com base em: MILLER, G. Tyler; SPOOLMAN, Scott E. Ciência ambiental. 11. ed. São Paulo: Cengage Learning, 2008. p. 56.

178

05/11/2024 15:35:17

1. A radiação infravermelha aquece os corpos de água,

resultando na transformação de água líquida em vapor. Os seres vivos também liberam água para a atmosfera por meio da respiração, da transpiração e da liberação de fezes e urina. A água no estado gasoso, por ser menos densa, move-se em direção às camadas superiores da atmosfera.

Imagens desta página sem proporção e em cores fantasia.

UNIDADE

3

Representação da vaporização da água. Imagem reduzida cerca de 1,2 vez em relação à imagem da página anterior.

2. Nas camadas superiores da atmosfera, as baixas

temperaturas fazem o vapor de água se condensar em pequenas gotículas de água, que se acumulam nas nuvens.

Representação da condensação da água. Imagem ampliada cerca de 1,2 vez em relação à imagem da página anterior.

3. Em condições adequadas, as gotículas de água líquida

nas nuvens podem precipitar sob a forma de chuva ou, em casos de temperatura muito baixa, solidificar-se em forma de neve ou granizo.

Representação da precipitação da água. Imagem ampliada cerca de 1,1 vez em relação à imagem da página anterior.

4. A água das chuvas pode escorrer pela superfície (A) ou se infiltrar no solo (B), abastecendo reservatórios de água superficiais e subterrâneos.

A.

B.

Ilustrações: Rivaldo Barboza/Arquivo da editora

Representação do escoamento da água.

5. Os seres vivos absorvem a água do meio e liberam parte dela novamente para o ambiente, enquanto a radiação infravermelha promove a evaporação de parte da água dos corpos de água superficiais, reiniciando o ciclo.

2. Resposta: A umidade do ar se refere à quantidade de água em determinada área. Sendo assim, de modo geral, quanto maior a umidade do ar, mais vapor de água estará presente na atmosfera e maiores as chances de ocorrência de chuvas.

Representação de seres vivos no ciclo hidrológico. Imagem ampliada cerca de 1,5 vez em relação à imagem da página anterior.

2. Qual é a relação entre umidade do ar e ocorrência de chuvas? 3. De maneira geral, durante o período do dia, a temperatura nos desertos é elevada, ultrapassando os ​40 °C​. Por que as chuvas são pouco frequentes nesses locais?

3. Resposta: Porque, apesar das temperaturas elevadas, a umidade do ar é muito baixa, em razão da baixa concentração ou ausência de corpos de água e de seres vivos, por exemplo. Dessa maneira, embora a temperatura favoreça a formação de vapor de água, não é suficiente para provocar chuva, tendo em vista os diversos fatores característicos dos desertos.

179

05/11/2024 15:35:19

Estudando os estados de agregação da matéria

Professor e professora: Comente Imagens desta página com os estudantes que, neste sem proporção e em capítulo, será utilizado o termo cores fantasia. estado para se referir ao estado de agregação/fase. Enfatize que eles poderão encontrar o termo estado físico sendo utilizado como sinônimo em outros materiais.

No ciclo hidrológico é possível identificar três diferentes estados de agregação da matéria ou fases da matéria: sólido, líquido e gasoso. Esses estados de agregação não são exclusivos da água, podendo também ser encontrados em outros materiais. Na natureza, há outros estados de agregação, no entanto nosso estudo se concentrará apenas nesses três, que são mais comuns no ambiente e em nosso cotidiano.

Representação de gelo (água no estado sólido) em recipiente.

Representação de água líquida em recipiente.

Representação das moléculas de água na fase sólida.

Nesse estado, que é o de menor energia entre os três estados da matéria citados, os componentes têm mínima mobilidade, mantendo-se unidos. Além disso, as interações entre os componentes são fortes, conferindo resistência física ao material. • Forma: fixa. • Volume: fixo.

Alexey Kljatov/Shutterstock.com

• Estado de agregação: sólido.

Cristais de neve com diferentes formatos. A neve é uma das formas naturais de ocorrência da água no estado sólido.

Professor, professora: Comente com os estudantes que existem outros estados de agregação além dos abordados nesta página, como o plasma e o condensado de bose-einstein. Se julgar conveniente, leia mais informações sobre esses estados de • Estado de agregação: líquido. agregação no capítulo 9 do livro digital disponível em: https:// Esse estado apresenta energia educapes.capes.gov.br/bitstream/ intermediária em relação ao estado capes/716117/4/ de agregação sólido e gasoso. Os Ci%C3%AAncia%20e%20 Tecnologia%20 componentes de materiais líquidos Tem%C3%A1ticas%20e%20 têm relativa mobilidade e suas Fundamentos%20-%20 interações entre os componentes Volume%203.pdf. Acesso: 19 out. são mais fracas do que o ocorrido 2024.

Representação das moléculas de água na fase líquida.

na fase sólida. • Forma: acomoda-se no recipiente onde se encontra. • Volume: fixo.

Imagens elaboradas com base em: BROWN, Theodore L. et al. Química: a ciência central. Tradução: Eloiza Lopes, Tiago Jonas e Sonia Midori Yamamoto. 13. ed. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2016. p. 7.

Ilustrações: Heloísa Pintarelli/ Arquivo da editora

• Estado de agregação: gasoso. É o estado de agregação mais energético entre os três citados. Nele, os componentes têm alta mobilidade, portanto as interações entre eles são fracas. • Forma: tem a forma do recipiente onde se encontra. • Volume: tem o volume do recipiente onde se encontra. Representação de moléculas de água na fase gasosa.

Leão-marinho caçando cardume de salemas em Galápagos, no Equador. A água é líquida à temperatura ambiente ​​(25 °C) ​​. Leão-marinho (Zalophus wollebaeki): pode atingir aproximadamente 2​ ,5 m​de comprimento. Salema (Xenocys jessiae): pode atingir aproximadamente 3​ 0 cm​de comprimento.

Shane Gross/Nature PL/Fotoarena

Representação de vapor de água em recipiente.

180

05/11/2024 15:35:21

UNIDADE

3 4. Por que conseguimos mergulhar em uma piscina com água líquida e não podemos fazer isso se a água estiver congelada?

5. Como você estudou anteriormente, as moléculas podem se movimentar. Em sua opinião, essa movimentação interfere na temperatura do material, e vice-versa? Justifique sua resposta.

Os átomos e moléculas que compõem os materiais estão em constante movimentação, e a intensidade desse movimento está diretamente relacionada à temperatura do sistema. Quanto maior for a temperatura, maior será a intensidade. Em baixas temperaturas, a energia cinética das partículas que constituem o material é baixa, por isso elas tendem a se empacotar, mantendo pouca distância umas das outras e adquirindo uma forma rígida e estável. Por outro lado, quando a temperatura é alta, as partículas se movem intensamente. A energia cinética do sistema torna-se suficientemente forte para romper as interações entre as partículas, aumentando seu livre movimento. É por essa razão que as partículas de um gás ocupam a forma e o volume do recipiente onde se encontram, confinando-se a ele. Alta temperatura

Ilustrações: Heloísa Pintarelli/ Arquivo da editora

Baixa temperatura

Representação das partículas empacotadas como resultado da baixa temperatura do sistema.

Representação das partículas em movimento em razão da alta temperatura do sistema.

Fotos: fen deneyim/Shutterstock.com

Agora, confira a situação a seguir.

Imagens desta página sem proporção e em cores fantasia.

Imagens elaboradas com base em: ATKINS, Peter; JONES, Loretta; LAVERMAN, Leroy. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. 7. ed. Porto Alegre: Bookman, 2018. p. F5.

4. Resposta: Espera-se que os estudantes respondam que na água líquida as moléculas estão mais espaçadas e têm boa mobilidade, possibilitando que mergulhemos nesse meio. Já no estado sólido, as moléculas que constituem a água estão fortemente unidas, formando uma estrutura rígida que impossibilita o mergulho.

I. Esfera de metal passando por uma abertura circular.

II.

Esfera de metal incapaz de passar pela abertura circular.

6. Sabendo que as peças apresentadas são as mesmas, em sua opinião, o que ocorreu para que a peça I não pudesse mais passar pela abertura da peça II? Explique sua resposta.

Um material sólido, quando resfriado ou aquecido, contrai-se e expande-se, respectivamente. Trata-se do mesmo princípio segundo o qual quanto maior for a temperatura, maior será a movimentação das partículas. Na situação apresentada, a peça I foi aquecida, causando afastamento de suas partículas e dilatação da estrutura, embora esse aumento de temperatura não tenha sido suficiente para transformar o metal em líquido. Como resultado, após o aquecimento, a peça I não consegue atravessar a peça II. Dica

5. Espera-se que os estudantes respondam que sim, uma vez que a temperatura mede o grau de agitação das moléculas. Sendo assim, quanto maior a temperatura, maior o grau de agitação de átomos e moléculas, e quanto menor a temperatura, menor o grau de agitação dos componentes do material.

Conheça o simulador de estados da matéria disponível em: https://phet.colorado.edu/sims/html/states-of-matter/latest/states-of -matter_pt_BR.html. Acesso em: 30 jul. 2024. Clique em “Estados” para ver o comportamento da matéria nos três principais estados de agregação de acordo com a temperatura do sistema.

6. Resposta: Espera-se que os estudantes respondam que pode ter ocorrido contração da peça II e/ou expansão da peça I, impedindo sua passagem pela abertura. Tal condição pode ter ocorrido em decorrência do aumento da temperatura, no caso da expansão, ou da redução da temperatura, no caso da contração.

181

05/11/2024 15:35:22

ATIVIDADES

Respostas das questões 1 e 2 nas Orientações para o professor.

NÃO ESCREVA NO LIVRO.

1. Leia o seguinte trecho de reportagem. Professor, professora: Explique aos estudantes que Matopiba se refere à

região que compreende os estados do Maranhão, Tocantins, Piauí e Bahia.

Desmatamento no Matopiba põe em risco o abastecimento de água de mais de 300 cidades Estudos estimam que vazão dos rios no Cerrado deve cair 34% até 2050 por causa da perda da vegetação nativa

GIRARDI, Giovana. Desmatamento no Matopiba põe em risco o abastecimento de água de mais de 300 cidades. Agência Pública, 22 mar. 2023. Disponível em: https://apublica.org/2023/03/desmatamento-no-matopiba-poe-em -risco-o-abastecimento-de-agua-de-mais-de-300-cidades/. Acesso em: 30 jul. 2024.

a ) Como as plantas interferem no ciclo hidrológico? b ) Junte-se a um colega e expliquem como o desmatamento no Matopiba pode interferir no abastecimento de água de algumas cidades. Façam uma pesquisa, se necessário. c ) Elaborem um folheto digital com as informações utilizadas para responder a essa atividade, de modo a conscientizar as pessoas sobre a importância da conservação do Cerrado e outros ambientes naturais.

2. Explique, com suas palavras, o que está ocorrendo com o picolé de fruta, entre as imagens A e C, do ponto de vista molecular, ou seja, quanto às suas moléculas constituintes.

B.

C.

Fotos: Freer/Shutterstock.com

A.

Diferentes fases de um picolé de fruta mantido em temperatura ambiente (​​ 25 °C)​​ por certo período.

3. Considere um recipiente com capacidade para ​5 L​e as situações a seguir. O recipiente contém 3 ​ L​de água congelada e é fechado hermeticamente, ou seja, impede a entrada e saída de matéria (situação A). Em seguida, o recipiente é aquecido até o gelo se transformar em água líquida (situação B). Por fim, a água é aquecida novamente a ponto de se transformar em água gasosa (situação C). Qual é o volume que a água ocupa em cada situação?

Resposta: Situação A: ​3 L​. Situação B: aproximadamente ​3 L​. Situação C: ​5 L​.

4. Os perfumes contêm substâncias que se dispersam no ar para que possamos sentir seu cheiro. Essas substâncias estão no estado líquido dentro do frasco e, ao serem aplicadas na pele, passam para o estado gasoso. Explique como a mudança de estado de agregação da matéria ocorre nesse processo, considerando fatores como composição e temperatura.

5. Leia o texto a seguir e identifique a alternativa em que as palavras correspondam, respectivamente, às letras A, B e C.

Algumas lâmpadas contêm sódio em seu interior. Inicialmente, o sódio está no estado A dentro da lâmpada. Quando a lâmpada é ligada B o metal, levando-o a mudar de estado, passando para o estado C. Nesse processo, as forças de atração envolvendo os átomos de sódio são vencidas, permitindo às partículas que se movimentem emitindo a característica luz amarela. a ) Gasoso, resfria, líquido. b ) Sólido, resfria, gasoso. c ) Líquido, resfria, sólido.

d ) Sólido, aquece, gasoso. e ) Gasoso, sublima, gasoso.

Resposta: Alternativa d.

4. Resposta: A mudança de estado da matéria nos perfumes, de líquido para gasoso, ocorre em razão da vaporização promovida pela energia térmica presente no ambiente e na própria pele, aliada à composição química das substâncias voláteis do perfume.

182

05/11/2024 15:35:23

Transformações físicas

7. Resposta: O objetivo desta questão é levantar os conhecimentos prévios dos estudantes a respeito do tema, levando-os a refletir sobre a situação apresentada. Espera-se que eles reconheçam que a situação envolve uma transformação, nesse caso física, e que ela não interfere na constituição da matéria.

Fotos: Ad Gr/Shutterstock.com

Analise as fotografias a seguir e responda às questões 7 e 8.

Copo com gelo mantido em temperatura ambiente​​ (25 °C)​​.

UNIDADE

3

7. Em sua opinião, podemos afirmar

que a matéria está sofrendo transformação? Em caso afirmativo, essa transformação altera a constituição da matéria?

8. A situação apresentada envolve ganho Copo após certo período.

ou perda de energia? Justifique sua resposta.

A matéria que nos cerca está sujeita a transformações que alteram, em algum nível, a forma como ela se encontra e interage com outros materiais. Essas transformações podem ser físicas ou químicas. As transformações físicas envolvem as mudanças de estado de agregação da matéria ou mudanças de fase. Nesse tipo de transformação, não há mudança na constituição da matéria. Na situação anterior, por exemplo, a água passou por uma transformação física, em que o estado de agregação sólido se alterou para o líquido, porém a matéria permaneceu a mesma: água. Ou seja, dependendo das condições às quais está sujeita, a matéria pode mudar de fase, passando por uma transformação física. Um dos fatores que interfere nesse tipo de transformação é a temperatura. Assim, as mudanças de fase podem envolver ganho ou perda de energia. Confira o esquema a seguir. 5.

Ilustrações: Heloísa Pintarelli/ Arquivo da editora

Imagens desta página sem proporção e em cores fantasia.

1.

3.

2.

4.

Representação das possíveis mudanças de fase da água.

Michael Nolan/robertharding/Alamy/Fotoarena

6. 1. Fusão: mudança da fase sólida para a líquida.

Nesse processo, os componentes da água sólida, inicialmente agrupados em uma estrutura cristalina, recebem energia suficiente para enfraquecer essa estrutura e ganhar mobilidade, transformando-se em água líquida.

Dica Os nomes das mudanças de fase são os mesmos para outras substâncias. Derretimento de gelo em Nunavut, no Canadá, em 2022. 8. Resposta: Espera-se que os estudantes respondam que envolve ganho de energia, pois o estado de agregação sólido é menos energético do que o líquido e o gasoso.

183

05/11/2024 15:35:25

Luciarl/Shutterstock.com

2. Solidificação: mudança da fase líquida para a sólida. Em baixas

orvalho congelado

temperaturas, a substância líquida perde energia para o meio e interage mais ativamente com moléculas vizinhas, criando a estrutura cristalina do sólido. Esse fenômeno pode ser identificado no orvalho que se forma quando parte da umidade do ar se condensa. Em condições de temperatura igual ou inferior a ​0 °C​, o orvalho se solidifica.

ByDroneVideos/Shutterstock.com

Orvalho congelado sobre folhas de grama.

3. Vaporização: mudança de estado de agregação líquido para o

Praia de Tabatinga, no município de João Pessoa (PB), em 2023. Andre Dib/Pulsar Imagens

gasoso. Pode haver três tipos, de acordo com a quantidade de energia recebida: evaporação, ebulição e calefação. Na evaporação, os componentes da água recebem quantidade de energia suficiente para romper as interações entre eles, garantindo ampla mobilidade. A evaporação é um processo que ocorre a temperaturas relativamente baixas, como a temperatura ambiente, de forma lenta e próximo à superfície do líquido. A água de mares e rios é um exemplo de material que evapora naturalmente. Na ebulição, por outro lado, há ganho superior de energia em toda a extensão do líquido, resultando na formação de bolhas no interior dele, como a água fervida em um fogão. Já a calefação é a passagem repentina da fase líquida à gasosa, quando o material recebe grande quantidade de energia em curto intervalo de tempo. Esse fenômeno pode ser identificado, por exemplo, quando uma gota de água entra em contato com uma frigideira quente.

4. Condensação: mudança do estado de agregação gasoso

para o líquido. Nesse processo, as moléculas do material, inicialmente com muita energia e dispersas, perdem energia para o ambiente e se aglomeram na forma líquida.

phloen/Shutterstock.com

Formação de nuvens no município de Santo Amaro do Maranhão (MA), em 2024.

5. Sublimação: mudança sofrida por uma substância ao passar do estado de agregação sólido para o gasoso.

6. Deposição: mudança sofrida por uma substância ao passar do

estado de agregação gasoso para o sólido. Os fenômenos de sublimação e deposição são menos comuns na natureza. Gelo-seco. Após certo tempo exposto à temperatura ambiente, o gelo-seco, que é dióxido de carbono ​​(C​O​2​​)​​ sólido, transforma-se em ​​CO​2​​​ gasoso.

Os raios solares são uma importante fonte natural de energia necessária para as transformações físicas da matéria. A radiação infravermelha dos raios solares, ao atingir a matéria presente na superfície terrestre, promove uma vibração mais intensa em suas partículas. O aumento da vibração leva a um afastamento entre os átomos ou as moléculas e aumenta a temperatura do sistema, provocando uma mudança de fase.

9. Quais são as

mudanças de fase pelas quais a água pode passar durante o ciclo hidrológico?

Resposta: Durante o ciclo hidrológico, a água sofre evaporação, condensação e, em algumas regiões, pode sofrer solidificação e fusão.

184

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UNIDADE

3 Substâncias apresentam valores específicos de temperatura, que, em determinadas condições de pressão, possibilitam sua mudança de fase. A temperatura na qual um sólido se transforma em um líquido é chamada de temperatura de fusão ​​(​T​f​​)​​, enquanto a temperatura na qual um líquido se transforma em vapor é chamada de temperatura de ebulição (​​ ​T​e​​)​​. Tais temperaturas são determinadas, basicamente, por dois fatores: a pressão sobre o material e a pressão de vapor do material. A pressão sobre o material se refere à força exercida por fatores externos sobre as partículas da substância. Em condições normais, quando não há mecanismos para controlá-la, a força e a pressão exercidas são a atmosférica. Já a pressão de vapor é exercida pelas moléculas gasosas da própria substância. Quando a pressão de vapor de uma substância líquida se iguala à pressão atmosférica local, o líquido entra em ebulição.

O valor da pressão de gases é normalmente expresso em atmosfera (​​ atm)​​ ou milímetros de mercúrio​​ ​ atm​ou ​760 mmHg​. Em altitudes mais elevadas, o ar (mmHg)​​. No nível do mar, a pressão atmosférica é igual a 1 se torna rarefeito e a pressão atmosférica é menor do que 1 ​ atm​. Assim, nesses locais, menos energia será necessária para que um líquido entre em ebulição e, consequentemente, menor será sua temperatura de ebulição.

Por outro lado, em altitudes menores do que o nível do mar, a coluna de ar é maior e a pressão atmosférica fica acima de 1 ​ atm​. Nesse caso, mais energia é necessária para que um líquido entre em ebulição e, consequentemente, maior será sua temperatura de ebulição. A pressão no interior de uma panela de pressão, por exemplo, pode ser até duas vezes maior do que a atmosférica, aumentando a temperatura de ebulição da água e, dessa forma, a velocidade de cozimento dos alimentos.

Tatiana Ilina/Shutterstock.com

Pressão de vapor 10. Com o passar do tempo, o que ocorre com a água da chuva que

forma as poças? Resposta: Parte da água sofre evaporação. Além disso,

em algumas superfícies irregulares em que se formam essas poças, a água pode permear o solo.

A água líquida contida em um recipiente aberto tende a evaporar. Quanto maior a temperatura do ambiente, maior a velocidade de evaporação. 11. Resposta: Sim. O líquido sofre evaporação, porém fica retido no recipiente.

11. Em recipientes fechados pode ocorrer evaporação de um líquido? 12. O que ocorre ao deixarmos uma garrafa de água quase cheia lacrada por algum tempo recebendo luz solar?

Poça formada com água da chuva.

12. Resposta: Com o passar do tempo, parte da água evapora e se condensa no interior da garrafa.

Mesmo se a água estiver em uma garrafa hermeticamente fechada (um sistema que impede a entrada e saída de matéria), algumas moléculas passam do estado líquido para o gasoso (evaporação). O esquema a seguir representa de forma simplificada esse processo de evaporação.

Ilustrações: Rafael Luís Gaion/Arquivo da editora

A.

B.

C.

D.

Imagens desta página sem proporção e em cores fantasia.

A. Início do processo de evaporação. B. Mais moléculas de água evaporam. C. O ar está saturado de vapor de água. D. Para uma molécula de água evaporar, outra se condensa (equilíbrio).

Representação do processo de evaporação de um líquido, em um sistema fechado, a certa temperatura, até a sua saturação.

185

05/11/2024 15:35:27

Quando há equilíbrio entre as fases líquida e gasosa, ou seja, quando os valores das velocidades de evaporação e condensação se igualam, ocorre o equilíbrio dinâmico, havendo passagem constante de partículas de uma fase para a outra. Enquanto houver esse equilíbrio dinâmico entre as fases, a pressão da fase gasosa sobre a superfície da fase líquida se manterá constante, sendo denominada pressão máxima de vapor do líquido. A pressão de vapor de uma substância é a pressão da fase gasosa dela quando está em equilíbrio dinâmico com o líquido (ou sólido) correspondente.

Influência da temperatura na pressão de vapor de uma substância Podemos analisar o comportamento da pressão de vapor da água com a variação de ​0 °C​a ​100 °C​, por exemplo. Para isso, experimentalmente, é possível organizar os dados em uma tabela e representá-los por meio de um gráfico, como o apresentado a seguir.

Temperatura (​​ °C)​​

Pressão (​​ mmHg)​​

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100

4,6 6,5 9,2 12,8 17,5 23,8 31,8 42,2 55,3 71,9 92,5 118,0 149,4 187,5 233,7 289,1 355,1 433,6 525,8 633,9 760,0

Pressão de vapor da água com variação de temperatura Vinícius Costa/Arquivo da editora

Pressão de vapor da água a diferentes temperaturas

Pressão (mmHg) 800 700 600 500 400 300 200 100 0

0

20

40

60

80 100 Temperatura (°C)

Fonte de pesquisa: CHANG, Raymond; GOLDSBY, Kenneth A. Química. 11. ed. Porto Alegre: AMGH, 2013. p. 199.

Fonte de pesquisa: CHANG, Raymond; GOLDSBY, Kenneth A. Química. 11. ed. Porto Alegre: AMGH, 2013. p. 199.

13. O que ocorre com a pressão do vapor da água quando a temperatura aumenta? Resposta: Com o aumento da temperatura, a pressão do vapor da água também aumenta.

As medidas de pressão de vapor mostram que quanto maior a temperatura de um líquido, maior sua pressão de vapor. A uma dada temperatura, a pressão de vapor de um líquido não depende do volume desse líquido nem do formato do recipiente que o contém. 14. Em sua opinião, o valor da pressão de vapor de diferentes substâncias à mesma temperatura é o mesmo?

Na representação gráfica da página a seguir, temos as medidas de pressão de vapor de diferentes substâncias em diferentes temperaturas. 14. Resposta: Espera-se que os estudantes respondam que, à mesma temperatura, diferentes substâncias apresentam diferentes pressões de vapor, pois elas têm diferentes forças de interações entre as suas partículas.

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UNIDADE

3 Variação da pressão de vapor de algumas substâncias em relação à temperatura Imagens desta página sem proporção.

Pressão de vapor (mmHg) 900 800 dissulfeto de carbono

700 600

heptano

etanol

500 400

Vinícius Costa/Arquivo da editora

300 200 100 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90 100 Temperatura (°C)

Fonte de pesquisa: KOTZ, John C. et al. Química geral e reações químicas. Tradução: Noveritis do Brasil. 9. ed. São Paulo: Cengage Learning, 2015. v. 1. p. 529.

Verificando a representação dos dados no gráfico, podemos concluir que:

Dica

• a pressão de vapor de um líquido aumenta com o aumento da temperatura;

Quanto maior a temperatura de uma substância, maior a sua pressão de vapor.

• à mesma temperatura, líquidos diferentes têm pressões de vapor diferentes. Sublimação e deposição

Alguns sólidos, como o gelo-seco, a naftalina e o iodo molecular, sofrem sublimação e, portanto, também possuem pressão de vapor. equilíbrio dinâmico

zelvan/Shutterstock.com

Vinod K Pillai/Shutterstock.com

phloen/Shutterstock.com

⎯⎯⎯ ⇀​  fase gasosa​    f​ ase sólida  ​ ↽ ⎯⎯⎯ Assim, nesses casos, as velocidades de sublimação e deposição são iguais.

Gelo-seco.

Iodo.

Naftalina.

Considere a seguinte situação: despejam-se ​10 ​cm​​ 3​(​ 10 mL)​de álcool etílico (​ ​C​2​​​H​6​​O)​em um pires, 10 ​cm​​ 3​ de éter comum (​ etoxietano, ​C​4​​​H​10​​O) ​em outro pires e em um terceiro despejam-se 10 ​cm​​ 3​de água (​ ​H​2​​O)​.​

Em determinado momento, os três pires ficarão vazios, pois, de acordo com o que estudamos, os líquidos sofrem o processo de evaporação. Fazendo uma relação com a pressão de vapor, podemos prever qual dos três pires esvaziará primeiro, ou seja, qual dos três líquidos vai evaporar totalmente antes dos outros dois. O pires que 15. Em sua opinião, qual dos três pires ficará vazio primeiro? Resposta: continha éter. 16. Qual é a possível relação entre a evaporação e a pressão de vapor de um líquido? 16. Resposta: Quanto maior a evaporação de um líquido, maior sua pressão de vapor.

Na tabela, apresentamos as pressões de vapor dos três líquidos – álcool etílico, éter comum e água – à temperatura de ​20 °C.​ Fonte de pesquisa: KOTZ, John C. et al. Química geral e reações químicas. Tradução: Noveritis do Brasil. 9. ed. São Paulo: Cengage Learning, 2015. v. 1. p. 518.

Pressão de vapor das substâncias a ​20 °C​ Substância

Pressão de vapor

Álcool etílico

​45 mmHg​

Éter comum

​441 mmHg​

Água

​17,5 mmHg​

187

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17. Considerando a relação entre pressão de vapor e interações intermoleculares, o que podemos concluir a respeito da pressão de vapor do éter comum, sendo ela a mais elevada? Resposta: As interações intermoleculares entre suas

moléculas são mais fracas, logo, o éter é o mais volátil.

A ordem decrescente de volatilidade das três substâncias do quadro é éter comum > álcool etílico > água. Por isso, na situação, o éter comum evaporou mais rapidamente. Assim, quanto mais volátil uma substância, maior a sua pressão de vapor. Consequentemente, quanto mais volátil, menores as interações intermoleculares.

A pressão de vapor e a temperatura de ebulição Num dado momento, ao aquecermos um líquido em um recipiente aberto, ele ferve, ou seja, entra em ebulição. Isso ocorre quando a pressão de vapor do líquido se iguala à pressão atmosférica local. Ao nível do mar, como a pressão atmosférica é igual a 1 ​ atm​, o líquido entrará em ebulição quando a sua pressão de vapor se igualar à pressão atmosférica.

1 100 900 800

760

700 600

300

Das três substâncias, o éter é o que apresenta a menor temperatura de ebulição, sendo a substância mais volátil entre elas. A temperatura de ebulição é aquela em que a pressão de vapor do líquido se iguala à pressão externa exercida sobre o líquido.

água H2O

1 000

400

• água: ​100 °C​.

álcool etílico C2H5OH

éter comum C2H5OC2H5

1 300 1 200

500

• álcool etílico: ​78,4 °C​;

Rafael Luís Gaion/Arquivo da editora

1 400

200 100 0 10

20

30

40

50

60

70

80

temperatura de ebulição normal 100 ºC

• éter comum: ​34,6 °C​;

Pressão de vapor (mmHg)

temperatura de ebulição normal 78,4 ºC

Ao analisarmos a representação gráfica, podemos concluir que, ao nível do mar (pressão atmosférica igual a 7 ​ 60 mmHg​), a temperatura de ebulição dessas três substâncias é a seguinte:

Variação da pressão de vapor de algumas substâncias em relação à temperatura e à temperatura de ebulição

temperatura de ebulição normal 34,6 ºC

Considerando a pressão de vapor da água, do álcool etílico e do éter comum, apresentadas anteriormente, podemos representar por meio de um gráfico a variação de temperatura e indicar a temperatura de ebulição de cada uma das substâncias.

90 100 110 120 Temperatura (ºC)

Fonte de pesquisa: KOTZ, John C. et al. Química geral e reações químicas. Tradução: Noveritis do Brasil. 9. ed. São Paulo: Cengage Learning, 2015. v. 1. p. 518.

Ilustrações: Rafael Luís Gaion/Arquivo da editora

Imagens desta página sem proporção e em cores fantasia.

Representação de recipiente com água em ebulição.

P0

Representação da pressão de vapor no interior de cada bolha, que se igualou à pressão externa exercida sobre o líquido.

188

05/11/2024 15:35:28

UNIDADE

3 Diagrama de fases de uma substância A determinada pressão, durante a mudança de estado físico de uma substância, há equilíbrio dinâmico entre as fases envolvidas e, nesse caso, a temperatura se mantém constante. Experimentos mostram que, ao variar a pressão, também variam as temperaturas em que há mudanças de estado. Sob determinadas condições de temperatura e pressão, é possível a coexistência em equilíbrio dinâmico dos três estados físicos dessa substância. Nessa situação, ocorre o ponto triplo da substância.

Diagrama genérico de fases de uma substância Pressão (mmHg) 1 sólido

760

Assim, pode-se montar o diagrama de fases de uma substância variando a pressão e a temperatura, conforme representado.

C

B gasoso

T

(ponto triplo)

3

Fonte de pesquisa: BROWN, Theodore L. et al. Química: a ciência central. 13. ed. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2016. p. 489.

Nesse diagrama, a curva 1 é de fusão/solidificação; a curva 2, de ebulição/condensação; e a curva 3; de sublimação/ deposição. O diagrama de fases da água tem, em relação ao diagrama de fases da maioria das substâncias, comportamento anômalo na curva 1 (fusão/solidificação), como representado no Diagrama de fases da água. O ponto triplo da água indica a temperatura e a pressão em que há coexistência em equilíbrio dinâmico das três fases. Assim, esquematicamente, tem-se:

2

líquido A

Temperatura (ºC)

Mudanças de fase Ponto

Estado físico

A B C

⇀ s​ ólido ↽ ​​ ⎯⎯  ​  ​líquido​ ​​ ⎯ ⇀ ​líquido ↽ ​​  ⎯  ​  ​gasoso​ ​​ ⎯⎯ ⇀ ​sólido ​ ↽  ​  ​gasoso​ ​ ​ ⎯ ⇀ sólido ​​  ⎯  ​​ líquido ​​  ⎯ ​ ↽ ​​  ↽ ​ ​ ⎯ ⎯ ↽ ⇀  ​​ ​  ​​ ⎯​ gasoso ⇀

​

T

Diagrama de fases da água Pressão (mmHg) 1

​

⎯ ⇀ ​líquido ↽ ⎯ ⇀ ​gasoso​ ​sólido ↽ ​​  ⎯  ​ ​  ⎯  ​

Ponto triplo: ​T = 0,01 °C e P = 4,58 mmHg (​ 6 ​· ​​10​​ −3​ atm)​​. ​

​

líquido sólido

4,58

C

Fonte de pesquisa: ATKINS, Peter; JONES, Loretta; LAVERMAN, Leroy. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. 7. ed. Porto Alegre: Bookman, 2018.

gasoso

3

Fonte de pesquisa: CHANG, Raymond; GOLDSBY, Kenneth A. Química. 11. ed. Porto Alegre: AMGH, 2013. p. 506.

No diagrama, é possível verificar que, em temperaturas e pressões superiores às do ponto crítico, a água torna-se um fluido supercrítico.

T

(ponto triplo)

Anômalo: algo que apresenta irregularidade ou difere do que é esperado.

Outro ponto importante é o ponto crítico, que, para a água, ocorre na temperatura de ​374 °C​ e à pressão de​ 165 680 mmHg​(​​ 218 atm)​​. Nesse ponto, a água torna-se um fluido supercrítico, comportando-se como gás, mas relativamente densa como um líquido.

B 2

A

760

0 0,01

100 Temperatura (ºC)

Diagrama de fases da água com o ponto crítico Pressão (mmHg) 165 680

760 4,58

líquido sólido

A C

B

fluido supercrítico PC (ponto crítico)

gasoso T (ponto triplo)

0,01

100 374 Temperatura (ºC)

Ilustrações: Rafael Luís Gaion/Arquivo da editora

​

189

05/11/2024 15:36:59

Comportamento anômalo da água

a) Resposta pessoal. O objetivo desta questão é incentivar os estudantes a refletir sobre o assunto levando em consideração o próprio conhecimento prévio sobre o comportamento anômalo da água.

Em algumas regiões do planeta onde o inverno é mais rigoroso, é comum ocorrer o congelamento de lagos, lagoas ou mesmo de pequenos rios. No entanto, se analisarmos atentamente esses corpos de água, veremos que apenas sua superfície está congelada. Abaixo dela, a água permanece líquida e os seres vivos, adaptados a esses ambientes, mantêm-se vivos e ativos. a ) Em sua opinião, por que isso ocorre?

Heloísa Pintarelli/Arquivo da editora

A explicação para esse fato está relacionada ao fenômeno conhecido como comportamento anômalo da água. Diferentemente do que ocorre com a maioria das substâncias, quando a água congela há expansão de volume, acarretando diminuição da densidade. Confira a seguir a representação de um lago congelado. A. Para a maioria das substâncias,

a densidade aumenta conforme a temperatura diminui. Isso acontece porque, para uma massa constante, quanto menor for a temperatura, mais unidas estarão as partículas e, consequentemente, menor será o volume ocupado por elas. No caso da água, no entanto, o volume aumenta entre ​4 °C​e ​0 °C​. Como resultado, ao se solidificar, a densidade da água diminui, fazendo-a flutuar na água líquida.

A.

Nos gráficos a seguir, perceba que o volume da água cresce rapidamente abaixo de ​4 °C​e diminui lentamente apenas abaixo de ​0 °C​quando já está na forma de gelo. Portanto, a menor densidade da água é obtida a ​4 °C​.

B.

Representação de lago com a superfície congelada em corte.

​Temperatura ​(°C)​​× ​densidade (​ ​g/cm​​ 3​)​​ para água

Volume (cm3)

Densidade (g/cm3)

1,05 1,04 1,03 1,02 1,01 1,00 0,99 0,98 0,97 0,96 0,95

1,05 1,04 1,03 1,02 1,01 1,00 0,99 0,98 0,97 0,96 0,95

4 °C -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Temperatura (°C)

Fonte de pesquisa: HAYNES, William M. (ed.). CRC Handbook of chemistry and physics. 97. ed. Londres: CRC Press, 2017. p. 6-7.

Ilustrações: Heloísa Pintarelli/Arquivo da editora

​Temperatura ​(°C)​​× ​volume (​ ​cm​​ 3​)​​ para água

4 °C -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Temperatura (°C)

Fonte de pesquisa: HAYNES, William M. (ed.). CRC Handbook of chemistry and physics. 97. ed. Londres: CRC Press, 2017. p. 6-7.

B. Por ser mau condutor de calor, o gelo isola a água líquida das temperaturas negativas da superfície. Desse modo, abaixo da camada de gelo da superfície, a água se mantém líquida e em temperatura mais elevada.

b ) Por que não é recomendável colocar no refrigerador recipientes fechados e cheios de líquidos que Resposta pessoal. O objetivo desta questão é que os estudantes reconheçam o tenham água em sua composição? comportamento anômalo da água em situações cotidianas. Espera-se que eles

respondam que, por apresentar comportamento anômalo, ao ser submetida ao congelamento, a água presente no líquido se expandirá. Caso o recipiente esteja completamente preenchido, o aumento de volume da água causará o rompimento do recipiente com extravasamento de parte do líquido.

190

05/11/2024 15:37:00

UNIDADE

3

Transformações químicas Confira as fotografias a seguir. A.

Resposta: Espera-se que eles respondam que parte da matéria do objeto alterou sua constituição, passando de ferro para ferro enferrujado, ou seja, oxidado.

B.

Balde novo com brilho metálico.

Danny Smythe/ Shutterstock.com

erashov/ Shutterstock.com

18. A matéria que compõe

o objeto em questão sofreu mudança em sua composição? Justifique sua resposta.

Balde exposto às condições ambientais, com coloração avermelhada.

A matéria pode sofrer transformações químicas, também chamadas de reações químicas. Nesse tipo de transformação, ocorre alteração da composição da matéria. Nesse caso, o balde apresentado na fotografia A, composto de ferro (​​ Fe)​​, sofreu oxidação, resultando no exposto na fotografia B. A formação do óxido de ferro(III) ​​(​Fe​2​​​O​3​​)​​ se deve à ação do vapor de água e de gás oxigênio (​​ ​O​2​​)​​ presentes na atmosfera.

Formação de gás: a formação de bolhas de gás é um indicativo importante de que uma reação química está acontecendo, pois pode representar a formação de uma nova substância na forma gasosa. Um comprimido efervescente, quando em contato com a água, forma novas substâncias, como o gás dióxido de carbono (​​ ​CO​2​​)​​, liberado em bolhas.

Diego Cervo/Shutterstock.com

A oxidação do ferro é constatada pela mudança na coloração do material. Por isso, dizemos que a mudança de cor é uma evidência de transformação química. Confira a seguir outras evidências. Dica

Nem sempre a formação de bolhas significa que houve uma transformação na matéria. Ao aquecermos água no fogão, as bolhas formadas referem-se ao vapor de água recém-formado por meio de um processo físico. Comprimido efervescente em água. Tales Azzi/Pulsar Imagens

estalactite

Formação de precipitado: o precipitado é uma substância sólida imersa em uma mistura líquida ou gasosa. A formação de estalactites é resultado da precipitação de carbonato de cálcio (​​ Ca​CO​3​​)​​.

SDO/NASA

Interior da Gruta do Lago Azul, no município de Bonito (MS), em 2024.

Mudança de temperatura: transformações químicas podem envolver trocas energéticas. Assim, quando a transformação libera energia, a temperatura aumenta; quando consome energia, diminui. Liberação de luz: algumas reações químicas específicas liberam energia na forma de luz visível. As reações que acontecem no Sol, por exemplo, causam tanto o aumento de temperatura, provocando os raios solares que chegam à Terra, quanto a liberação de luz. Astro (dimensão) Sol: aproximadamente ​1 390 000 km​de diâmetro.

Sol visto do espaço.

Uma evidência menos usual de transformação química é a liberação de odor, como ocorre em um alimento que apodreceu. Substâncias desconhecidas podem ser prejudiciais ao organismo, portanto não é recomendável inalá-las.

191

05/11/2024 15:37:01

LIGADO NO TEMA A cerâmica das mulheres indígenas da etnia Baniwa

Claudio Tavares/ISA

A riqueza cultural do Brasil é moldada por uma diversidade de povos, cada um contribuindo com conhecimentos, práticas e tradições que refletem nossa complexa história. Os Baniwa, habitantes do território indígena do Alto Rio Negro, no Amazonas, exemplificam essa riqueza cultural por meio de sua produção de cerâmicas. Essa prática ancestral é um dos muitos exemplos de como a etnociência — o conhecimento tradicional aplicado de maneira prática e científica — permeia a vida cotidiana e cultural dos povos indígenas. A produção de cerâmicas pelos Baniwa é um processo que vai além da simples criação de utensílios. Enraizado em um sistema cultural ancestral, é realizado exclusivamente por mulheres, que transmitem esse saber de geração em geração. Essas cerâmicas desempenham um papel crucial em cerimônias e rituais, sendo utilizadas para servir alimentos e bebidas durante esses importantes eventos. A produção não é apenas manual, mas também carregada de significado simbólico e espiritual.

Cerâmica produzida por indígenas baniwa.

Uma das características marcantes dessas cerâmicas é sua decoração com padrões gráficos em tonalidades vermelho-alaranjadas, muitas vezes inspirados na natureza — representando, por exemplo, a pegada de um pássaro ou o movimento das águas. Esses padrões são desenhados inicialmente com uma coloração amarelada e, após o processo de queima, transformam-se na vibrante cor vermelho-alaranjada que as distingue. Esse processo de mudança de cor é um exemplo de como a Química se manifesta na prática cultural. O fenômeno por trás dessa mudança de cor está ligado à oxidação dos minerais ferrosos presentes no pigmento utilizado. Durante a queima, a alta temperatura provoca a oxidação do ferro, conferindo à coloração original uma tonalidade avermelhada. Esse processo químico não é apenas uma curiosidade, mas um testemunho do conhecimento empírico acumulado pelos Baniwa ao longo de gerações. Eles compreendem e aplicam esses conhecimentos de forma prática, integrando ciência e cultura em seu cotidiano. Além da transformação dos pigmentos, o processo de moldagem da argila é outro exemplo de transformação. A argila, em seu estado natural, é moldada e manipulada pelas artesãs baniwas para criar formas específicas, secando-as e queimando-as para promover resistência e durabilidade. Esse processo envolve mudanças na estrutura física da argila, que se torna cerâmica por meio de técnicas tradicionais de queima. A Química e a Arte se entrelaçam nas ações das artesãs baniwas de maneira profunda e harmoniosa, pois, ao moldar a argila e aplicar padrões gráficos, elas não apenas criam objetos esteticamente belos, mas também manipulam materiais e processos naturais de forma intencional e precisa. Esse entendimento das interações entre materiais e técnicas artísticas pode ser expandido para outros contextos, como o design de produtos, a conservação de obras de arte e o desenvolvimento de novas tecnologias sustentáveis. Nesse sentido, ciência e criatividade colaboram para soluções inovadoras e culturalmente enriquecedoras. Respostas nas Orientações para o professor.

a ) No texto foi descrito algum processo que envolve uma transformação química? b ) Houve alguma transformação física mencionada no texto? c ) Como a ciência está integrada às práticas culturais descritas no texto?

192

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que estavam em um congelador e depositados em um prato, exposto diretamente à luz solar por 5 horas. Analise o antes e depois.

B. Fotos: Fernando Favoretto/Criar Imagem

Etapa de início do experimento.

2. Se os líquidos apresentados nas situações a se-

guir continuarem recebendo energia térmica à pressão constante, que tipo de vaporização sofrerão? Justifique sua resposta.

slvinyn/Shutterstock.com

VladKK/Shutterstock.com

B.

Poça de água formada sobre uma calçada após a chuva, recebendo energia solar.

A. Pessoa despejando o conteúdo de um ovo cru em um recipiente.

B.

Etapa final, após 5 horas de exposição direta à luz solar.

a ) O que você pode dizer a respeito da energia da matéria que sofreu transformação ao longo do experimento e da forma como ela interferiu no resultado obtido? Explique sua resposta. b ) O que provavelmente ocorrerá após a etapa B se a matéria continuar exposta à luz solar diretamente? c ) O que você pode afirmar a respeito da temperatura da matéria durante o experimento? Explique sua resposta. d ) De que maneira essa situação pode ser relacionada à ciclagem da matéria?

A.

seguir.

Recipiente com água sobre a chama de um fogão.

3. Uma jovem expirou próximo à superfície de um Fernando Favoretto/Criar Imagem

espelho. Confira a seguir.

Africa Studio/ Shutterstock.com

A.

4. Confira as situações mostradas nas fotografias a

Narattapon Purod/ Shutterstock.com

Respostas das questões 1 a 5 nas Orientações para o professor.

1. Alguns cubos de gelo foram retirados da forma em

UNIDADE

ATIVIDADES

3

NÃO ESCREVA NO LIVRO.

Pessoa fritando ovo.

a ) A transformação da matéria que ocorre na situação A é semelhante à da situação B? Justifique sua resposta. b ) Qual foi o agente causador da transformação nas situações apresentadas?

5. Uma fórmula simplificada que possibilita calcular a temperatura de ebulição da água em função da altitude do local é dada por: ​T​(°C) ​​= ​100 ​− ​3,24 ​· ​h​, em que ​h​é a altitude, em ​km​. a ) Com base nos dados do quadro a seguir, identifique, aproximadamente, a temperatura de ebulição da água em cada localidade. Altitude e pressão em diferentes locais Local

Altitude em Pressão relação ao atmosférica nível do mar média ​– 430 m​

​795 mmHg​

Rio de Janeiro

​0 m​

​760 mmHg​

Brasília

​1 100 m​

​650 mmHg​

La Paz (Bolívia)

​3 600 m​

​500 mmHg​

Monte Everest (Ásia)

​8 850 m​

​240 mmHg​

Mar Morto (Oriente Médio)

b ) Qual é a temperatura de ebulição da água no município onde você vive?

6. Ao abrir uma lata de bebida gaseificada, pode

Jovem expirando próximo à superfície de um espelho.

Por que o espelho ficou embaçado?

acontecer a saída de um jato de líquido efervescente. Explique os principais tipos de transformações que ocorrem na bebida nesse processo, os fatores que influenciam tais transformações, a relação entre as propriedades dos gases dissolvidos e os fenômenos identificados, além dos cuidados necessários ao abrir uma lata de bebida gaseificada.

6. Resposta: Ao abrir uma lata de refrigerante, a pressão interna diminui, fazendo o gás carbônico dissolvido no líquido escapar em forma de bolhas, causando a efervescência. Isso acontece porque o gás carbônico sai do líquido quando a pressão cai. Entre os cuidados, deve-se aguardar caso a lata tenha sido agitada e abrir lentamente se ela estiver quente.

193

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a ) O ponto triplo do ​CO​2​ corresponde às condições em que as fases sólida, líquida e gasosa coexistem em equilíbrio.

7. O diagrama a seguir se refere a três líquidos. Diagrama da pressão ​×​ temperatura dos líquidos A, B e C Pressão de vapor (mmHg)

A

B

C

1000 900 800

c ) Acima da curva de vaporização, o ​CO​2​existe apenas na fase líquida. d ) Ao longo da curva de fusão, a temperatura do​ CO​2​diminui com o aumento da pressão.

760

700 600

9. Preencha em seu caderno um quadro similar ao

500

representado a seguir, identificando a evidência que indica a ocorrência de uma reação química em cada exemplo apresentado.

400 300 200 100 0 10

20

30

40

50

60

70

80

90 100 110 120 Temperatura (ºC)

Fonte de pesquisa: KOTZ, John C. et al. Química geral e reações químicas. Tradução: Noveritis do Brasil. 9. ed. São Paulo: Cengage Learning, 2015. v. 1. p. 518.

a ) Qual desses líquidos é o mais volátil? Justifique sua resposta. b ) Quais seriam suas temperaturas de ebulição no topo de uma montanha onde a pressão externa é 400 mmHg? Resposta: Líquido ​A ​≃ ​41 ° C​; líquido ​B ​≃ ​61 ° C​; e líquido ​C ​≃ ​85 ° C​.

8. Um diagrama de fases representa as regiões de es-

tabilidade das diferentes fases (sólida, líquida e gasosa) de uma substância pura em função de variáveis, como temperatura e pressão. Considere o diagrama de fases do dióxido de carbono ​CO​2​mostrado a seguir. 7. a) Resposta: O mais volátil é o líquido A,

Evidência de reação química de algumas situações Situação

Evidência

Amadurecimento de frutas Formação de estalactite Queima de papel Mistura de vinagre e bicarbonato de sódio

10. Durante um inverno rigoroso, o Lago Baikal, na Rússia, tem a superfície congelada, enquanto a água abaixo dela permanece líquida. Essa situação é um exemplo do comportamento anômalo da água. Considerando esse fenômeno, responda às questões a seguir. Respostas nas Orientações para o professor.

Katvic/Shutterstock.com

Rafael Luís Gaion/Arquivo da editora

b ) Acima da curva de sublimação/deposição, o​ CO​2​existe apenas na fase gasosa.

pois a uma dada temperatura apresenta a maior pressão de vapor. Diagrama de fases do ​​CO​ ​​​ 2

Pressão (atm)

72,8

Vinícius Costa/Arquivo da editora

sólido

líquido

1,0 gasoso

Lago Baikal com a superfície congelada, na Rússia, em 2023.

1,0 −78 −56,6

31 Temperatura (°C)

Fonte de pesquisa: ZUMDAHL, Steven S.; ZUMDAHL, Susan S.; DECOSTE, Donald J. Chemistry. 20. ed. Boston: Cengage Learning, 2018. p. 425.

Com base no diagrama, qual das afirmativas a seguir está correta? Resposta: Alternativa a.

194

a ) Por que o gelo é formado na superfície do Lago Baikal e como isso beneficia a vida aquática durante o inverno? b ) Se a água não tivesse esse comportamento anômalo, quais seriam as possíveis consequências para os ecossistemas aquáticos? Explique sua resposta.

9. Possíveis respostas: Amadurecimento de frutas: mudança de cor, odor e textura. Formação de estalactite: formação de precipitado. Queima de papel: liberação de calor e fumaça. Mistura de vinagre e bicarbonato de sódio: formação de bolhas (liberação de gás).

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UNIDADE

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Leis ponderais Conservação da matéria “Na natureza nada se cria, nada se perde, tudo se transforma”. Você provavelmente já ouviu essa afirmativa, mas sabe o que ela significa? Antes de explorarmos melhor essas informações, considere o experimento a seguir. A. Um erlenmeyer contendo uma pequena quantidade de água é acoplado

a um balão de borracha, semelhante aos usados em festas. Dentro desse balão, há uma pastilha de hidrogenocarbonato de sódio ou bicarbonato de sódio (​​ ​NaHCO​  3​​) ​​, similar ao medicamento utilizado para combater a acidez do estômago. O sistema montado foi colocado sobre uma balança comum, que registra a massa de 208 gramas.

19. O valor de ​208 g​se refere à massa de quais materiais? Resposta: Esse valor se refere à soma das massas do erlenmeyer, do balão de borracha, da água e da pastilha de hidrogenocarbonato de sódio.

Fotos: Alexandre Dotta/Science Source/Fotoarena

Sistema antes da reação química.

B. A pastilha de hidrogenocarbonato de sódio, no interior do balão de

borracha, é despejada na água. Imediatamente, identificam-se a formação de bolhas na água e a liberação de um gás esbranquiçado. Também é possível notar que o balão de borracha começa a inflar. A formação de bolhas e de gás evidencia uma reação química, que pode ser representada por: 2 →​  NaOH​(aq) ​ ​+ ​​CO​2​​​(g) ​​ ​​NaHCO​3​​​(s) ​ ​⎯

​ H​ ​​O

20. O valor de ​208 g​, registrado pela balança após a etapa B, refere-se à massa de quais materiais?

Resposta: Esse valor se refere à soma das massas do erlenmeyer, do balão de borracha, da água, do ​NaOH​(aq)​​ e do ​​CO​2​​​(g)​​.

Sistema após a reação química.

Como você pôde notar no experimento, a massa do sistema se manteve, mesmo após a reação química. Isso foi possível porque não houve entrada nem saída de substâncias. Nesse sentido, o gás dióxido de carbono foi impedido, pelo balão de borracha, de escapar do sistema. 21. Você acha que a massa do sistema teria se mantido, após a etapa B, caso não houvesse o balão de borracha? Justifique sua resposta. Resposta: Espera-se que os estudantes respondam que não, pois o dióxido de carbono teria sido perdido para o ambiente, reduzindo a massa do sistema.

22. Como os resultados do experimento apresentado podem ser associados à frase inicial “Na natureza nada se cria, nada se perde, tudo se transforma.”?

A constatação de que nada pode ser criado ou perdido, e sim transformado, pode parecer óbvia atualmente, mas já foi tema de muitos questionamentos e teorias na Antiguidade, tendo íntima relação com o que se entendia por matéria. A seguir, vamos começar a explorar esse assunto com base na substância água. 22. Resposta: Espera-se que os estudantes reconheçam que na etapa B ocorreram transformações da matéria, como do N ​ aHC​O​3​​​(s)​​ sendo transformado em ​NaOH​(aq)​​ e ​​CO​2​​​(g)​​. Nesse sentido, seus átomos não foram perdidos ou criados, mas rearranjados para se transformar em outros componentes. Como resultado, a massa total do sistema se manteve.

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A água sempre foi assunto de grande interesse para os químicos. Sua abundância na natureza, os diferentes estados de agregação que pode apresentar no ambiente e sua importância para os seres vivos deram à água papel de destaque nos estudos primordiais da Química, mesmo antes de serem desenvolvidos os estudos sobre os elementos químicos, átomos ou substâncias. O filósofo grego Tales de Mileto (cerca de 624 a.C.-556 a.C.) denominou a água como “elemento primordial”. Posteriormente, os também filósofos gregos Empédocles (490 a.C.-430 a.C.) e Aristóteles (384 a.C.-322 a.C.) criaram a teoria dos quatro elementos, segundo a qual toda a matéria era formada por combinações de água, fogo, terra e ar. Com o passar dos séculos, a teoria dos quatro elementos foi se modificando, mas a água sempre tomou posição de destaque sem perder o status de elemento primordial. Acreditava-se, no entanto, que a água é uma entidade indivisível. Apenas após a metade do século XVIII, com a contribuição de diversos cientistas, em especial do químico francês Henry Cavendish (1731-1810), cientista que fundamentou a descoberta do hidrogênio, foi proposto que a água é formada pelos elementos químicos hidrogênio ​​(H)​​ e oxigênio ​​(O)​​. Posteriormente, com os experimentos dos químicos franceses Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794) e Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1850) e do químico inglês John Dalton (1766-1844), descobriu-se a composição exata da água: dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio. A reação de síntese da água é uma das principais reações químicas envolvidas na formulação da composição dela. Veja a seguir a equação química dessa reação. ​​​2    ​H​   g)​​​→ ​ ​​​2 ​H​2​​O​(g)​ ​​​​​ 2​​​(g)​​+ ​​O​2​​​(​ ​  ⏟ produto reagentes

Academia de Ciências, Paris, França

Segundo essa equação, que representa a síntese da água, duas moléculas de gás hidrogênio (​​ ​H​2​​)​​ e uma molécula de gás oxigênio reagem entre si, formando duas moléculas de água. Perceba que a quantidade de átomos de hidrogênio e de oxigênio é igual entre os reagentes e os produtos. A isso chamamos de lei da conservação das massas, ou primeira lei ponderal, proposta por Lavoisier em 1773. Confira a seguir a equação de síntese da água, agora envolvendo uma quantidade de massa das substâncias. ​2 ​H​2​​​(g)​​+ ​​O​2​​​(g)​​→ ​2 ​H​2​​O(​ g)​​ ​4 g​

​32 g​

​36 g​

Antoine Laurent Lavoisier.

Nessa equação, ​4 g​de ​​H​2​​​(g)​​ reagiram com ​32 g​de ​​O​2​​​(g)​​, formando ​36 g​de ​​H​2​​O(​ g)​​. Ou seja, ​36 g​de reagentes se transformaram em ​36 g​de produtos, seguindo a lei de conservação das massas. Outra característica importante de reações químicas é que sempre há uma proporcionalidade entre as massas de reagentes e de produtos. Confira a seguir.

​ 4 g​

​32 g​

​36 g​

​8 g​

​64 g​

​72 g​

Quando o dobro de massa de gás hidrogênio e o dobro de massa de gás oxigênio são utilizados, obtemos o dobro de massa de água. A essa característica dá-se o nome de lei das proporções constantes, ou segunda lei ponderal, formulada pelo químico francês Joseph Louis Proust (1754-1826) em 1794. Vamos estudar as leis ponderais mais detalhadamente a seguir.

Autor desconhecido. c. 1870. Gravura. Coleção particular

​2 ​H​2​​​(g)​​+ ​​O​2​​​(g)​​→ ​2 ​H​2​​O(​ g)​​

Retrato de Joseph Louis Proust.

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Primeira lei ponderal: lei da conservação das massas Os trabalhos de Antoine Lavoisier foram pioneiros para definir a Química como uma ciência quantitativa, ou seja, que trabalha com quantidades numéricas.

UNIDADE

3

Uma característica importante dos trabalhos de Lavoisier diz respeito à sua constituição em sistemas fechados. Nesse tipo de sistema, depois de misturados os reagentes, nenhuma matéria entra e nenhuma matéria sai dele, como é o caso de um balão de vidro hermeticamente fechado e do sistema apresentado na página 195. Assim, Lavoisier tinha a certeza de que qualquer alteração que viesse a acontecer em seus experimentos químicos deveria ser resultante do próprio sistema, incluindo uma possível mudança de massa e liberação de gases. A atenção especial de Lavoisier no campo da Química se voltou aos seus aspectos ponderais, ou seja, relativos à massa de reagentes e de produtos. Sua constatação mais conhecida é a de que a massa das substâncias dentro de um sistema fechado é a mesma antes e depois de uma reação química. Isso também pode ser identificado na reação de combustão do carbono (​​ C)​​. ​C(​ s)​​+ ​​O​2​​​(g)​​→ ​​CO​2​​​(g)​​ ​6 g​

​16 g​

​22 g​

Resposta: Espera-se que os estudantes respondam que não, pois, em um sistema aberto, não seria conhecida a massa do gás oxigênio usada como reagente e o dióxido de carbono formado seria perdido para a atmosfera.

23.O resultado do experimento de combustão do carbono teria se mantido caso ele tivesse sido realizado em um sistema aberto? Justifique sua resposta.

Com base em sua descoberta, Lavoisier enunciou a lei da conservação das massas, posteriormente conhecida como primeira lei ponderal. De acordo com essa lei, em uma reação química em recipiente fechado a soma das massas dos reagentes é igual à soma das massas dos produtos. Essa lei também ficou conhecida pela afirmação “na natureza nada se cria, nada se perde, tudo se transforma”. Do ponto de vista das mudanças físicas e químicas, a lei de Lavoisier é válida, pois durante essas transformações, nenhum átomo é criado ou destruído, uma vez que se reorganizam, formando substâncias diferentes. Essa conclusão, na época, pôs fim às ideias dos alquimistas sobre a transmutação dos metais, por exemplo.

Outra experiência importante realizada por Lavoisier foi o aquecimento do mercúrio ​​(Hg)​​ em um sistema fechado durante 12 dias, conforme representado a seguir. redoma com ar e mercúrio

óxido de mercúrio(II)

retorta com mercúrio metálico

A.

nível do mercúrio subiu

B.

Ilustrações: Heloísa Pintarelli/ Arquivo da editora

cuba com mercúrio

forno

forno Representação do início do experimento de Lavoisier.

A. Em uma retorta com tubo longo e recurvado foi

colocado mercúrio metálico, de maneira que a ponta dela alcançava uma redoma de ar feita sobre uma cuba de vidro, na qual também havia mercúrio. A retorta foi, então, aquecida pelo calor de um forno.

Imagens desta página sem proporção e em cores fantasia.

Representação do experimento de Lavoisier após a reação química.

B. Com o passar do tempo, notou-se a formação de um

pó vermelho nas paredes da retorta, além da redução do volume de ar contido na redoma em cerca de 20%.

Retorta: vaso de gargalo estreito e curvo.

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A reação ocorrida no interior da retorta correspondeu à oxidação do mercúrio, formando óxido de mercúrio(II) (​​ HgO)​​. Confira a seguir a equação dessa reação. ​2 Hg​(𝓁) ​ ​+ ​​O​2(​​​ g)​​→ ​2 HgO​(s)​​

Segunda lei ponderal: lei das proporções constantes Confira a seguir a equação da reação química que representa a decomposição da água. ​2 ​H​2​​O​(g)​​→ ​2 ​H​2​​​(g)​​+ ​​O​2​​​(g)​​

​ 36 g​

​4 g​

​32 g​

Note que essa reação é o inverso da que vimos anteriormente para a síntese da água. Nela, a água é o reagente e os gases hidrogênio e oxigênio são os produtos. Perceba que, de acordo com a primeira lei ponderal, a soma da massa dos reagentes é igual à soma da massa dos produtos. Confira agora o que aconteceria se fossem usadas outras massas de água como reagente. Proporção das massas na reação de decomposição da água ​2 ​H​2​​O(​ g)​​

​→​

​2 ​H​2​​​(g)​​

​+​

​​O​2​​​(g)​​

Massa de água

​→​

Massa de hidrogênio

​+​

Massa de oxigênio

​36 g​

​→​

​4 g​

​+​

​32 g​

​9 g​

​→​

​1 g​

​+​

​8 g​

​18 g​

​→​

​2 g​

​+​

​16 g​

​900 kg​

​→​

​100 kg​

​+​

​800 kg​

Proporção massa de oxigênio       ​​ ​​ ___________________ massa de hidrogênio 32 g _ ​​= ​8​ ​​ 4g 8g ​​_​​= ​8​ 1g 16 g _ ​​ ​​= ​8​ 2g 800 kg _ ​​= ​8​ ​​ 100 kg

Independentemente da massa de água utilizada como reagente da reação química, a proporção de quantidade de massa entre o gás oxigênio e o gás hidrogênio produzidos é a mesma: 8 para 1, respectivamente. Agora, analise novamente a equação da reação de síntese de água e as massas apresentadas. ​2 ​H​2​​​(g)​​+ ​​O​2​​​(g)​​→ ​2 ​H​2​​O​(g)​​

​ 8 g​

​32 g​

​36 g​

Essa reação parece não seguir a lei da conservação das massas. Isso porque a proporção entre gás hidrogênio e gás oxigênio não está correta, pois, em vez de termos oito vezes a massa de oxigênio, temos apenas quatro. Nesse caso, dizemos que o gás hidrogênio está em excesso na reação química ou que o gás oxigênio está em falta. Perceba a seguir o que aconteceria se fossem utilizados ​64 g​de gás oxigênio. ​2 ​H​2​​​(g)​​+ ​​O​2​​​(g)​​→ ​2 ​H​2​​O​(g)​​ ​ 8 g​

​64 g​

​72 g​

Para a produção de determinado produto, precisamos de uma proporção fixa entre os reagentes, de maneira que o excesso de um ou de outro reagente não altere a quantidade de produto formado, pois o excedente não participa da reação. Essa observação entre a proporção dos reagentes para a formação de produtos foi evidenciada pela primeira vez pelo químico francês Joseph Louis Proust e ficou conhecida como lei das proporções constantes, ou simplesmente lei de Proust. Após vários experimentos e comparações entre os valores das massas de cada substância participante das reações, Proust constatou que havia proporção constante entre suas massas. Em 1794, formulou essa lei, que posteriormente ficou conhecida como segunda lei ponderal, cujo enunciado pode ser expresso por: determinada substância composta é formada por substâncias mais simples, unidas sempre na mesma proporção em massa.

198

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ATIVIDADES

NÃO ESCREVA NO LIVRO.

1. Na reação entre carvão e gás oxigênio, ocorre a formação de dióxido de carbono. Os dados experimentais dessa

UNIDADE

3

reação estão no quadro a seguir. Considere que em nenhum dos experimentos houve reagente em excesso. Massa das substâncias nos experimentos Experimento

Carvão

Gás oxigênio

Dióxido de carbono

A

​12 g​

​32 g​

X

B

Y

Z

​88 g​

​X ​= ​44 g​; ​Y ​= ​24 g​; ​Z ​= ​64 g​. Resolução nas Determine os valores de X, Y e Z. Resposta: Orientações para o professor.

2. Em uma indústria química, fabrica-se ácido sulfúrico (​ ​H​2​SO​4​)​com um minério chamado pirita, composto de sulfeto de ferro ​(​FeS​2​)​, cujo processo tem várias reações químicas envolvidas, como as apresentadas a seguir.

​4 Fe​S​2​​​(s)​​+ ​​11 O​2​​​(g)​​→ ​2 ​Fe​2​​​O​3​​​(s)​​+ ​​8 SO​2​​​(g)​​ ​2 S​O​2​​​(g)​​+ ​​O​2​​​(g)​​→ ​2 S​O​3​​​(g)​​

​S​O​3​​​(g) ​ ​+ ​​H​2​​O(​ 𝓁) ​ ​→ ​​H​2​​S​O​4​​​(𝓁) ​​ Analisando essas reações, identifique a afirmativa correta. Resposta: Alternativa c.

3. Resposta: O experimento sugere que houve um acréscimo de massa por conta da reação entre o ferro metálico (​​ Fe​(s)​)​​ e o gás oxigênio ​​(​O​2​​​(g)​)​​, que produziu óxido de ferro(II) (​​ FeO​(​​s​)​​)​​.

a ) Apenas a conservação de massas deve ser considerada, pois, como há várias reações químicas, não existe mais proporcionalidade. b ) Apenas a lei de proporções constantes deve ser considerada, pois o dióxido de enxofre ​(​SO​2​)​da primeira reação é destruído na segunda reação.

c ) Todas as leis ponderais devem ser consideradas nesse processo, até que o ácido sulfúrico produzido seja proporcional à massa de ​FeS​2​utilizada no início do processo. d ) Leis ponderais não se aplicam a essa situação, pois envolvem misturas de duas fases. e ) Se esse processo fosse realizado em um laboratório em escala menor, não funcionaria da mesma forma, pois não teria mais proporção.

3. Um experimento envolve a combustão de um pedaço de palha de aço em um recipiente parcialmente fechado, totalizando ​5 g​. Após a combustão, o peso total dos produtos formados é de ​5,5 g​. O que isso indica sobre a lei da conservação da massa? Explique sua resposta.

4. Considere a formação do dióxido de nitrogênio ​(​NO​2​)​a partir do nitrogênio e do oxigênio. Durante um ex-

perimento, foi identificado que 1 ​ 4 g​ de nitrogênio reagem com 3 ​ 2 g​ de oxigênio para formar dióxido de nitrogênio. Com base nessa afirmação, responda às questões a seguir. a ) Calcule a razão em massa entre o oxigênio e o nitrogênio na formação do dióxido de nitrogênio. Resposta: Razão ​16 : 7​.

b ) Se em outro experimento forem utilizados 2 ​ 8 g​de nitrogênio e 6 ​ 4 g​de oxigênio, haverá excesso ou falta de algum reagente? Resposta: Não, pois a massa de ambos os reagentes foi dobrada na proporção em que reagem.

5. Com o intuito de verificar na prática a lei da conservação das massas de Lavoisier, um técnico em química realizou o procedimento a seguir.

I ) Colocou simultaneamente sobre uma balança de precisão dois recipientes abertos, um com solução de ácido clorídrico (​ HC𝓁)​e o outro com carbonato de potássio (​ ​K​2​CO​3​)​sólido. Nessa etapa, foi registrada a massa total de ​200 g​. II ) O técnico despejou o carbonato de potássio na solução de ácido nítrico e manteve os dois recipientes abertos, um com a solução final e o outro vazio, sobre a balança. Nessa etapa, foi registrada a massa total de ​190 g​. a ) A investigação possibilitou verificar a lei de conservação das massas, de Lavoisier? Justifique sua resposta. Resposta: Espera-se que os estudantes respondam que não, pois diferentemente do afirmado por essa lei, a soma da massa dos reagentes não foi igual à massa dos produtos.

b ) Caso sua resposta ao item a tenha sido negativa, o que o técnico poderia alterar em seu experimento para que fosse possível verificar a lei de conservação das massas? Justifique sua resposta. 5. b) Resposta: Espera-se que os estudantes respondam que seria necessário manter os recipientes fechados para que nenhuma matéria fosse perdida para o ambiente.

199

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CAPÍTULO

11

Soluções e propriedades coligativas

Em praticamente sua totalidade, os sistemas químicos encontrados na natureza são formados por misturas. E parte considerável dos materiais de nosso cotidiano está na forma de soluções. As proporções estabelecidas entre as quantidades de soluto e de solvente são aspectos quantitativos das soluções, ou seja, envolvem quantificação de grandezas como massa, números de ​mol​e volume. A presença de soluto em um solvente também forma uma mistura com propriedades diferentes das que ele apresentava quando puro. A água do mar, por exemplo, pode ser considerada uma solução de cloreto de sódio​​ (NaC𝓁) ​​ dissolvido em água, e a presença do sal altera a temperatura de ebulição da água, aumentando-a. Neste capítulo, vamos estudar como as concentrações das soluções podem ser expressas e quais são as diferenças de propriedades entre uma solução e a substância pura.

Concentrações de soluções As duas fotografias a seguir mostram dois cafés preparados com diferentes concentrações, mas ambos contêm a mesma quantidade de solvente (também chamado de dispersante, é a substância em maior quantidade a compor a solução) e o mesmo tipo de pó de café (disperso) e foram feitos à mesma temperatura.

1. Qual dos dois cafés é o mais

Rob Stark/ Shutterstock.com

Tatjana Baibakova/ Shutterstock.com

2. Resposta: É possível acrescentar água ao café mais concentrado para diluí-lo até atingir a concentração do outro café. Também é possível aquecer o café A a fim de fazê-lo perder solvente para aumentar sua concentração e atingir a concentração do café B. Outra possibilidade é misturar os dois em um recipiente e depois recolocá-los nas xícaras.

concentrado? Justifique sua resposta.

2. O que pode ser feito para igualar as concentrações desses dois cafés?

Xícara de café A.

Xícara de café B.

1. Resposta: O café mais concentrado é o mais escuro (B), pois ele tem mais quantidade de soluto no solvente.

Em laboratório, a preparação de uma solução é feita pela dissolução de determinada massa de uma substância em certo volume de solvente apropriado. A massa da substância a ser usada depende da concentração e do volume da solução que se deseja preparar. Como a solução é preparada com base em dados previamente calculados (quantidades de soluto/solvente/solução), significa que já conhecemos a sua concentração. Em Química, o termo concentração se refere às quantidades de soluto na solução, ou seja, às relações entre soluto e solvente. Com uma solução concentrada, pode-se preparar outra solução adicionando solvente. Nesse caso, faz-se uma diluição de solução. Também é possível misturar soluções de mesmo soluto e mesmo solvente, porém com concentrações diferentes, a fim de obter uma solução com concentração (intermediária) desejada. Dica Para fazer referência a qualquer aspecto do soluto de uma solução, usaremos, em subscrito, o índice 1; para o solvente, colocaremos, em subscrito, o índice 2; e para a solução não será usado índice subscrito.

200

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Como se deve preparar uma solução com soluto sólido

UNIDADE

3 Imagens desta página sem proporção e em cores fantasia.

Ilustrações: Rafael Luís Gaion/Arquivo da editora

O esquema a seguir apresenta o preparo de soluções líquidas a partir de dispersos sólidos.

g

Representação da 1ª etapa.

Representação da 2ª etapa.

Representação da 3ª etapa.

Representação da 4ª etapa.

Representação da 5ª etapa.

Representação da 6ª etapa.

1º. Meça a massa do soluto em uma balança, usando um béquer. 2º. Coloque água no béquer com o soluto e, utilizando um bastão de vidro, misture-o até a sua dissolução total. Se

durante o processo de dissolução ocorrer variação na temperatura da mistura, espere atingir a temperatura ambiente antes de passar para o balão, pois a temperatura afeta a precisão da medida.

3º. Passe o conteúdo da mistura do béquer para um balão volumétrico de capacidade adequada. Para isso, acople um funil de vidro (conforme ilustração) para verter a mistura.

4º. Usando uma pisseta, adicione água aos poucos e coloque a mistura no balão até retirar todo o resquício da mistura do béquer.

5º. Adicione mais água ao balão volumétrico até a medida de aferição, que é o traço ou menisco presente no balão. 6º. Feche o balão volumétrico e agite.

Vamos agora estabelecer algumas correlações envolvendo as quantidades de soluto, de solvente e de solução.

Concentração em massa (​​ C) ​​ New Africa/Shutterstock.com

Para preparar um café instantâneo mais concentrado, é preciso aumentar a proporção de pó de café em relação à água utilizada. Nesse caso, a concentração pode ser facilmente determinada em massa. A concentração em massa (ou concentração comum) expressa a relação entre a massa do soluto ​​m​1​​​ e o volume da solução ​V​. Essa concentração de solução pode ser expressa da seguinte forma: ​m​1​​ ​C ​= _ ​​ ​​ V

(pode ser expressa em: ​g/​dm​​ 3​​, ​g/L​, ​g/mL​etc.)

em que: • ​​m​1​​​ é a massa do soluto; • ​V​é o volume da solução. 3. Na preparação do café, qual é o soluto e qual é o solvente? Café sendo preparado.

Resposta: O soluto é o pó de café, pois será disperso no dispersante; e o solvente é a água, pois está em maior quantidade.

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Por exemplo, em uma solução foram dissolvidos ​5 g​de permanganato de potássio em ​200 c​m​​ 3​​ de água. É possível determinar a concentração comum dessa solução em ​g/L​usando as seguintes relações de volume: ​1 ​cm​​ 3​​= ​1 mL​, e ​1 mL ​= ​0,1 L​. Logo, ​200 c​m​​ 3​​ (volume) equivalem a ​200 mL​, então ​0,2 L.​Assim, tem-se: ​m​1​​ 5g ​C ​= _ ​​ ​​⇒ ​C ​= ​​_​​∴ ​C ​= ​25 g/L​de ​KMn​O​4​​​ V 0,2 L Portanto, a concentração comum, ou concentração em massa, da solução de K ​ Mn​O​4​​​ é ​C ​= ​25 g/L​. Isso significa que em cada litro dessa solução há ​25 g​do sal dissolvidos. Analise como resolver usando regra de três se há ​5 g​de soluto em ​0,2 L​de solução. soluto

solução

​5 ​g de KMnO​4​​​

​0,2 L​

​​m​1​​​

​1 L ​∴ ​​m​1​​ ​= ​25 ​g de KMnO​4​​​

Rita Barreto/Fotoarena

Logo, a concentração comum dessa solução é ​25 g/L​.

Densidade Você já viu o equipamento apresentado na fotografia nas bombas de postos de combustíveis? Esse equipamento é um densímetro, que nesse caso serve para medir a densidade da mistura que forma o combustível. Como visto anteriormente, a densidade ​d​de uma substância ou material expressa a relação entre massa ​m​e volume ​V​da substância do material e pode ser expressa em: ​ g / ​m​​ 3​​, ​g/mL​, ​g/L​etc. Contudo, não se deve confundir concentração em massa com densidade da solução. Toda matéria, seja ela uma substância simples, seja uma mistura, tem densidade, pois apresenta massa e volume independentemente de seu estado físico. Equipamento presente em bomba de posto de combustível.

Fabio Colombini

Porcentagem em massa de soluto (​​ % m /m)​ Na embalagem do soro fisiológico, há uma informação em porcentagem do cloreto de sódio, que é a porcentagem em massa de soluto. Essa porcentagem expressa a massa de soluto ​​m​1​​​ em ​100 g​de solução. Esse tipo de concentração de solução é muito utilizado em indústrias químicas e farmacêuticas. No caso do soro fisiológico, em 1 ​ 00 g​da solução há 0 ​ ,9 g​de cloreto de sódio. A porcentagem em massa de soluto pode ser expressa da seguinte forma: ​m​1​​ ​m​1​​ ​% m/m ​= ​100 ​· _ ​​ ​​∴ ​% m/m ​= ​100 ​· ​​_(​​ %) ​​ m ​m​1​​ + ​m​2​​

em que: • ​​m​1​​​ é a massa do soluto; • ​​m​2​​​ é a massa do solvente;

• ​m​é a massa da solução (​​ m ​= ​​m​1​​ ​+ ​​m​2​​)​​.

Frasco de solução fisiológica.

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UNIDADE

3 A concentração de solução expressa em ​% m/m​é adimensional, ou seja, sem unidades de grandezas. Dica O valor da porcentagem em massa de soluto é maior do que zero e inferior a 100%. Assim, o intervalo a ser considerado é: ​0% < % m/m < 100%​.

Podemos calcular a porcentagem em massa de soluto de uma solução. Por exemplo, uma solução é preparada pela dissolução de ​5 g​ de hidróxido de sódio ​​(NaOH)​​ em ​20 g​ de água. Qual é a porcentagem em massa de soluto nessa solução?

• solvente é a água, assim ​​m​2​​ ​= ​20 g​; • logo, ​m ​= ​25 g​.

Rafael Luís Gaion/Arquivo da editora

tubo com água

Sabemos que: • soluto é o hidróxido de sódio em quantidade de ​5 g​, assim​​ m​1​​ ​= ​5 g​;

Imagem sem proporção e em cores fantasia.

hidróxido de sódio

Representação dos materiais necessários para preparar a solução de hidróxido de sódio.

Portanto, substituindo os valores conhecidos na expressão da porcentagem em massa de soluto, tem-se: ​m​1​​ 5g ​% m/m ​= ​100 ​· ​​_​​⇒ ​% m/m ​= ​100 ​· ​​_​​∴ ​% m/m ​= ​20%​ ​m​1​​ + ​m​2​​ 5 g ​+ ​20 g Assim, a porcentagem em massa de soluto nessa solução é ​% m/m ​= ​20%​. Isso significa que em cada​ 100 g​de solução há ​20 g​de soluto. Confira este exemplo resolvido utilizando a regra de três: soluto

solvente

solução

​5 g de NaOH​

​20 g ​de solvente

​25 g​de solução

​​m​1​​​

​​m​1​​ ​= ​20 g de NaOH​

​100 g​de solução

​% m/m ​= ​20%​

Título em massa (​​ 𝛕) ​​ A relação entre a massa do soluto e a massa da solução, conforme abordado na porcentagem em massa do soluto, é o título ​τ​em massa da solução. Essa relação expressa a massa de soluto ​​m​1​​​ em ​1 g​de solução, que pode ser dada por: ​m​1​​ ​m​1​​ ​τ ​= _ ​​ ​​∴ ​τ ​= ​​_​​ m ​m​1​​ ​+ ​​m​2​​

Dica Como a massa do soluto é menor que a massa da solução, então ​ 0 < τ < 1​. O título da solução é adimensional.

em que: • ​​m​1​​​ é a massa do soluto;

• ​​m​2​​​ é a massa do solvente;

No soro fisiológico, o título é igual a 0,009. Isso significa que para cada unidade de massa da solução há 0,009 unidade de massa de cloreto de sódio e 0,991 unidade de massa de solvente.

• ​m​é a massa da solução ​​(m ​= ​​m​1​​ ​+ ​​m​2​​)​​.

4. Considerando o exemplo anterior, em que há uma

solução com 5​ g​de hidróxido de sódio dissolvidos em ​ 20 g​de água, calcule o título em massa dessa solução.

5 Resposta: ​τ ​= _ ​​ ​​= ​0,2 ​∴ ​τ ​= ​0,2​de hidróxido de sódio. 25

Concentração em partes por milhão (​​ ppm)​​ e em partes por bilhão ​​(ppb)​​

Já vimos que para determinar a concentração de soluções, em termos de massa do soluto por massa da solução ​​m​1​​ / m​, utilizamos o título em massa.

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Existem casos em que a quantidade de soluto é muito pequena. A concentração em ​ppm​indica quantas partes de soluto (em massa ou em volume) há em 1 milhão ​​(​10​​ 6​)​​ de partes da solução. Essa forma de expressar concentrações é utilizada, por exemplo, para avaliar poluentes ambientais. Portanto: 1 parte de soluto ​1 ppm = ___________________ ​      ​​ ​10​​ 6​ partes de solução Nelson Antoine/Shutterstock.com

Para exemplificar isso, podemos citar uma norma estabelecida pelo Conselho Nacional do Meio Ambiente (Conama). Ela estabelece que a quantidade máxima aceitável de enxofre ​​(S) ​​ no óleo diesel deve ser de ​10 ppm​, ou seja, 10 partes de enxofre (soluto) para ​​10​​ 6​​ partes de óleo diesel (mistura). Essa ação busca melhorar a qualidade do ar, principalmente nas grandes cidades brasileiras, beneficiando o meio ambiente e a saúde humana. Escapamento de um caminhão liberando fumaça.

Já a concentração em p ​ pb​indica quantas partes de soluto (em massa ou em volume) há em 1 bilhão ​​(​10​​ 9​)​​ de partes da mistura (solução). Assim, matematicamente podemos expressar: 1 parte de soluto ​1 ppb ​= ___________________ ​​      ​​ ​10​​ 9​ partes de solução

Como exemplo, citamos a portaria nº 2.914/2011 do Conama, que estabelece o limite de ​0,01 mg/L​ ​ g/mL​, esse valor equivale a​ de chumbo (​​ Pb) ​​ na água para considerá-la potável. Como a densidade é ​≃ 1 0,01 ppm​de chumbo na água potável. Em partes por bilhão, isso equivale a 1 ​ 0,0 ppb​e significa que a quantidade máxima permitida de chumbo nas águas de abastecimento público é de ​10 g​de chumbo para ​​10​​ 9​ g​ de água potável.

Concentração em quantidade de matéria (​​ c)​​ A concentração em quantidade de matéria é a relação entre a quantidade de matéria do soluto ​​n​1​​​ e o volume da solução V ​ ​em ​​dm​​ 3​​ ou ​L​. A concentração de solução em quantidade de matéria depende da massa do soluto e é considerada uma das mais importantes expressões de concentração. A concentração em quantidade de matéria ou concentração em ​mol/L​é a expressão recomendada pela Professor, professora: IUPAC e pelo SI. Ela pode ser expressa por:

em que:

​n​1​​ ​c ​= _ ​​ ​​ V

Enfatize aos estudantes Imagem sem proporção que utiliza-se ​C​(cê 3 maiúsculo e em itálico) e em cores fantasia. (expressa em ​mol/​dm​​ ​​ ou ​mol/L​) para representar a concentração em massa e ​c​(cê minúsculo e em itálico) para balão com água concentração em quantidade de matéria.

• ​V​é o volume da solução. Por exemplo, podemos determinar a concentração em quantidade de matéria da solução preparada pela dissolução de ​12 g​de hidróxido de sódio em água suficiente para obter 0 ​ ,5 L​de solução. Para isso: 1º. Deve-se determinar a quantidade de matéria do soluto, conhecida por número de mol do soluto, ​​n​1​​​, por meio do cálculo da massa molar do soluto. ​​M​NaOH​​ ​= (​​ 23 ​+ ​16 ​+ ​1)​g/mol ​⇒ ​​M​NaOH​​ ​= ​40 g/mol​

​ 2 g​de 1 hidróxido de sódio H2O 500 mL

Rafael Luís Gaion/Arquivo da editora

• ​​n​1​​​ é a quantidade de matéria do soluto;

Representação dos materiais para preparo da solução de hidróxido de sódio.

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UNIDADE

3 Em seguida, determina-se a quantidade de matéria de soluto ​​n​1​​​, que pode ser calculada pela expressão ​m​1​​ ​​n​1​​ = _ ​ ​​, em que ​​m​1​​​ é a massa do soluto e ​​M​1​​​ é a massa molar dele. ​M​1​​ ​m​1​​ 12 g ​​ ​​⇒ ​​n​1​​ ​= _ ​​ ​​⇒ ​​n​1​​ ​= ​0,3 mol​de soluto (​​ NaOH) ​​ ​​n​1​​ ​= _ ​M​1​​ 40 g/mol 2º. Depois, calcula-se a concentração em quantidade de matéria substituindo os valores na expressão: ​n​1​​ 0,3 mol ​c ​= ​​_​​⇒ ​c ​= ​​_​​⇒ ​c ​= ​0,6 mol/L​ V 0,5 L A concentração em ​mol/L​dessa solução é ​0,6 mol/L​. Isso significa que para cada litro dessa solução há​ 0,6 mol​de soluto. Resolvendo pela regra de três. Inicialmente, determina-se a quantidade de matéria de soluto ​​n​1​​​. ​1 mol de NaOH​

​40 g​

​​n​1​​​

​12 g ​∴ ​​n​1​​ ​= ​0,3 mol NaOH​

Depois, calcula-se a concentração em quantidade de matéria da solução. ​0,3 mol de NaOH​

​0,5 L de solução​

​c​

​1 L de solução ​∴ ​c = ​0,6 mol/L​

Concentração em ​mol/kg​ (​​ Ⱳ)​​ Em geral, a concentração em ​mol/kg​ é usada quando há variação da temperatura do sistema, pois o volume da solução pode variar. A concentração em m ​ ol/kg​expressa a quantidade do soluto ​​n​1​​​ e a massa do solvente ​​m​2​​​, em quilogramas, e pode ser representada por:

em que:

​n​1​​ ​Ⱳ ​= ​​_​​ ​m​2​​

(expressa em ​mol/kg​)

• ​​n​1​​​ é a quantidade do soluto; • ​​m​2​​​ é a massa do solvente.

Por exemplo, tem-se uma solução de ácido sulfúrico ​​(​H​2​​S​O​4​​)​​ em que ​24,5 g​de ácido sulfúrico estão dissolvidos em 5 ​ 00 g​de água. Qual é a concentração em ​mol/kg​dessa solução?

O ácido sulfúrico é material corrosivo, portanto deve-se evitar seu contato direto com a pele. Ele pode ser usado na fabricação de fertilizantes, no tratamento de água, como desidratante industrial, entre outras aplicações. José Vitor Elorza/ASC Imagens

1º. Inicialmente, calcula-se a massa molar do soluto. ​​M​​H​2​​​SO​4​​​​ ​= (​​ 1 ​· ​2 ​+ ​32 ​· ​1 ​+ ​16 ​· ​4)​g/mol ​⇒ ​​M​​H​2​​S​O​4​​​​ ​= ​98 g/mol​ 2º. Em seguida, calcula-se a quantidade de matéria de soluto ​​n​1​​​. ​m​1​​ 24,5 g ​​ ​​⇒ ​​n​1​​ ​= _ ​​ ​​⇒ ​​n​1​​ ​= ​0,25 mol de soluto ​(​H​2​​​SO​4​​)​​ ​​n​1​​ ​= _ ​M​1​​ 98 g/mol 3º. Depois, é possível determinar a concentração em ​mol/kg​, substituindo os valores na expressão: ​n​1​​ 0,25 mol ​Ⱳ ​= _ ​​ ​​⇒ ​Ⱳ ​= ​​_​​⇒ ​Ⱳ ​= ​0,50 mol/kg​ ​m​2​​ 0,50 kg A concentração em ​mol/kg​dessa solução é ​0,50 mol/kg​. Isso significa que para cada quilograma de solvente há ​0,50 mol​ de soluto.

Frasco de ácido sulfúrico.

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Concentração de íons em ​mol/L​ Nas soluções que apresentam íons, é possível determinar a concentração em m ​ ol/L​do soluto e a dos íons provenientes de sua ionização ou dissociação. Essa concentração de íons em ​mol/L​é proporcional aos coeficientes estequiométricos de suas equações químicas e ao seu grau de ionização ou dissociação ​​(α)​​. Ionização: processo de dissolução de um composto covalente, que forma e libera íons em solução. Dissociação: processo de dissolução de um composto iônico, que libera íons em solução. Grau de ionização: porcentagem de uma substância que se ioniza ao se dissolver em determinado solvente.

Por exemplo, sabendo que uma solução aquosa de sulfato de alumínio ​​(​A𝓁​ 2​​​​(​SO​4​​)​​ ​​)​​ foi preparada de 3 ​ 8,4 g​desse sal, dissolvido à temperatura de 2 ​ 0 °C​, podemos maneira que, a cada 4 ​ 00 c​m​​ 3​​ de solução, haja 6 3+ 2− determinar a concentração em quantidade de matéria do sal e dos íons ​​A𝓁​​ ​​(aq)​​ e ​​​SO​4​​​​ ​​(aq)​​ nessa solução. 1º. Inicialmente, determina-se a massa molar do soluto:

​​M​​A𝓁​ 2​​​​(​SO​4​​)​​ 3​​​​ ​= ​27 ​· ​2 ​+ ​32 ​· ​3 ​+ ​16 ​· ​12 ​⇒ ​​M​​A𝓁​ 2​​​​(​SO​4​​)​​ 3​​​​ ​= ​342 g/mol​ 2º. Em seguida, determina-se a quantidade de matéria do soluto, que é o número de mol do soluto ​​n​1​​​. ​m​1​​ 68,4 g ​ ​​⇒ ​​n​1​​ ​= _ ​​ ​​⇒ ​​n​1​​ ​= ​0,2 mol de soluto (​ ​A𝓁​ 2​​ ​​(​SO​4​​)​​ ​​)​​ ​​n​1​​ = _ 3 ​M​1​​ 342 g/mol 3º. Depois, pode-se determinar a concentração em quantidade de matéria do soluto ​​(​A𝓁​ 2​​ (​​ ​SO​4)​​ ​​ ​​)​​, subs3 tituindo os valores na expressão. ​n​1​​ 0,2 mol ​c ​= _ ​​ ​​⇒ ​c ​= ​​_​​⇒ ​c ​= ​0,5 mol/L de ​A𝓁​ 2​​ ​​(​SO​4​​)​​ ​​​(aq)​​ 3 V 0,4 L Logo, a concentração em quantidade de matéria do sal é ​0,5 mol/L​de ​​A𝓁​ 2​​ ​​(​SO​4​​)​​ ​​​(aq) ​​. Isso significa 3 que em cada ​1 L​dessa solução há ​0,5 mol​de soluto dissolvido. Por meio da regra de três, calcula-se a massa molar do sal (​​ ​A𝓁​ 2​​​​(​SO​4​​)​​ ​​)​​: 3

​​M​​A𝓁​ 2​​​​(​SO​4​​)​​ ​​​​ ​= ​27 ​· ​2 ​+ ​32 ​· ​3 ​+ ​16 ​· ​12 ​⇒ ​​M​​A𝓁​ 2​​​​(​SO​4​​)​​ ​​​​ ​= ​342 g/mol​ 3

3

Em seguida, calcula-se a quantidade de matéria do sal. ​1 mol de ​A𝓁​ 2​​ ​​(​SO​4​​)​​ ​​​

3

​342 g​

​​n​1​​​ ​68,4 g ​∴ ​​n​1​​ ​= ​0,2 mol de ​A𝓁​ 2​​​​(​SO​4​​)​​ ​​​ 3 3 Considerando que ​400​cm​​ ​​ equivalem a ​400 mL​, tem-se então ​0,4 L​de solução. Agora, vamos fazer o cálculo da determinação da concentração em quantidade de matéria do sal. ​0,2 mol de ​A𝓁​ 2​​​​(​SO​4​​)​​ ​​​ 3

​c​

​0,4 L de solução​ ​1 L de solução ​∴ ​c ​= ​0,5 mol/L de ​A𝓁​ 2​​​​(​SO​4​​)​​ ​​​(aq)​​ 3

4º. Para determinar a concentração em quantidade de matéria dos íons ​​A𝓁​​ ​​(aq)​​ e ​​​SO​4​​​​ ​​(aq)​​ nessa solução, é necessário considerar a proporção de seus coeficientes estequiométricos e o grau de dissociação. 3+

​ 1 ​A𝓁​ 2​​​​(​SO​4​​)​​ ​​ ⎯ ​ 2 →​2 ​A𝓁​​3+​​(aq)​​        +       ​3 ​​SO​4​​​​ 2−​​(aq)​​ 3

2−

​H​ ​​O

​ 1 mol ⎯ ​                    →​2 mol​

​3 mol​

​ 0,5 mol/L ⎯ ​                 →​1,0 mol/L​

​1,5 mol / L​

↓​​​ ​​​​ ​​0    ,6 · ​1,0 mol/L​​​ ​0,5 mol/L ⎯ ​ α = 60%→​ 0,6 mol/L ​A𝓁​​3+​​(aq)​

​​ ​ 0,6 · 1 ​ ,5 mol/L​​ ​​​

0,9 mol/L ​​SO​4​​​​ 2−​​(aq)​

proporção estequiométrica proporção com relação à concentração do ​​A𝓁​ 2​​​​(​SO​4​​)​​ ​​​

3

proporção considerando o grau de dissociação

Assim, as concentrações em quantidade de matéria dos íons são ​0,6 mol/L​ de íons ​​A𝓁​​3+​​(aq)​​ e ​0,9 mol/L ​ de íons ​​​SO​4​​​​ 2−​​.

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ATIVIDADES RESOLVIDAS R1. Em um laboratório, é preparada uma solução com ​72 g​de glicose (​ ​C​6​H​12​O​6​)​dissolvidos em água suficiente

UNIDADE

3

para ​250 ​cm​​3​de solução. Determine:

a ) a concentração em massa, em ​g/L​. b ) a concentração em quantidade de matéria da solução. Resolução a)

​72 g de ​C​6​​​H​12​​​O​6​​​

​250 ​cm​​ 3​​

C ​​

​1 000 ​cm​​ 3​​

​∴ ​C ​= ​288 g / 1 000 ​cm​​ 3​ou 288 g / L​ b ) Determinando a massa molar do soluto: ​​M​​C​6​​​H​12​​​O​6​​​​ ​= ​12 ​· ​6 ​+ ​1 ​· ​12 ​+ ​16 ​· ​6 ​= ​180​ ​∴ ​​M​​C​6​​​H​12​​​O​6​​​​ ​= ​180 g/mol​ O cálculo da quantidade de matéria do soluto é: ​1 mol de ​C​6​​​H​12​​​O​6​​​

​180 g​

​​n​1​​​

​72 g​

​∴ ​​n​1​​ ​= ​0,4 mol de ​C​6​​ ​H​12​​​O​6​​​ O cálculo da concentração em quantidade de matéria dessa solução é: ​0,4 mol de ​C​6​​​H​12​​​O​6​​​

0 ​ ,25 L de solução​ ​1 L de solução​

c​ ​

​∴ ​c ​= ​1,6 mol/L de ​C​6​​​H​12​​​O​6​​​(aq)​​ Assim, a concentração em ​mol/L​dessa solução é ​1,6 mol/L​.

R2. O líquido das baterias de chumbo pode ser uma solução aquosa de ​H​2​SO​4​, cuja densidade é ​1,29 g / ​cm​​3​e o título em massa é igual a 0,38. Qual é a concentração em ​mol/L​dessa solução? Resolução ​​M​​H​2​​​SO​4​​​​ ​= ​1 ​· ​2 ​+ ​32 ​· ​1 ​+ ​16 ​· ​4 ​= ​98​ ​∴ ​​M​​H​2​​​SO​4​​​​ ​= ​98 g/mol​ Como a densidade da solução é ​1,29 g/​cm​​ 3​​, a massa de um litro (​​ 1 000 ​cm​​ 3​)​​ dessa solução será ​1 290 g​.

O título em massa igual a 0,38 indica que em cada 1 ​ g​de solução há 0 ​ ,38 g​de soluto. Assim, em 1 ​ 290 g​de solução, a massa de soluto pode ser calculada por: ​0,38 ​g de H​2​​​SO​4​​​

​​m​1​​​

​1,0 g de solução​ ​1 290 g de solução​

​∴ ​​m​1​​ ​= ​490 g​de ​​H​2​​​SO​4​​​ Sabendo qual é a massa do soluto dissolvida em ​1 L​de solução, pode-se calcular a quantidade de matéria do soluto, determinando, em seguida, a concentração em quantidade de matéria ​​(mol/L)​​. ​1 mol​de ​​H​2​​​SO​4​​​

​98 g​

​​n​1​​​

​490 g​

​∴ ​​n​1​​ ​= ​5 mol/L​de ​​H​2​​​SO​4​​​(aq)​​

Logo, a concentração em quantidade de matéria ​​(mol/L)​​ será ​5 mol/L​de ​​H​2​​​SO​4​​​(aq)​​. Isso significa que em ​1 L​dessa solução há ​5 mol​de soluto.

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ATIVIDADES

Respostas e resoluções das questões 1, 2, 4 e 6 nas Orientações para o professor.

1. Um técnico de laboratório preparou ​500 mL​ de

a ) Faça uma pesquisa sobre o ocorrido em Brumadinho e, em seguida, responda: quais metais podem estar presentes nos rejeitos desse desastre ambiental?

a ) a concentração da solução expressa em g ​ /mL​.

b ) Entre os metais pesados há o chumbo, um elemento relativamente abundante na crosta terrestre e que apresenta concentração próxima de ​20 ppm​ (partes por milhão). Determine a massa de chumbo, em gramas, presente em uma amostra de ​50 g​ de matéria da crosta 20 g ​· 50 g terrestre. 3. b) Resposta: ​​m​Pb​​ ​= _ ​​ ​​= ​1 ​· ​​10​​ −3​g​ 6

uma solução aquosa de iodeto de potássio ​(KI)​. Para isso, ele misturou ​205 g​desse sal em ​430,5 g​ de água. Determine: b ) a concentração da solução em ​g/L​. c ) a densidade da solução em ​g/mL​. d ) a densidade da solução em ​g/L​.

2. Determinado produto desengraxante, destina-

do à remoção de gordura de motores de carros, consiste em uma solução aquosa de concentração ​3,2 mol/L​de soda cáustica (hidróxido de sódio, ​NaOH​). O rótulo indica que há ​900 mL​desse produto. Nessa concentração, qual é a massa de hidróxido de sódio dissolvida?

​10​​ ​g

4. Um farmacêutico prepara ​1 kg​de uma solução aquosa com glicose. Para isso, ele dissolve 5 ​ 0 g​ de glicose. Com base nos dados fornecidos, determine o que se pede nos itens a seguir. a ) Calcule o título em massa da solução.

3. Observe a fotografia e leia o trecho da matéria a

b ) Calcule a porcentagem em massa do soluto.

ILANA LANSKY/Shutterstock.com

seguir.

c ) Calcule a porcentagem em massa do solvente.

5. O nitrato de amônio ​​(​NH​4​​​NO​3​​)​​ é um fertilizan-

te muito potente no que diz respeito ao fornecimento de nitrogênio ao solo. Um agricultor que precisa aplicar essa solução tem um frasco com concentração de ​0,5 mol/L​. Ele deve adicionar ao solo uma quantidade que forneça​ 0,25 mol​de nitrato de amônio por metro quadrado de plantação. Com base nessas informações, responda: a ) Quantos litros da solução o agricultor deve aplicar para fornecer a quantidade necessária de nitrato de amônio a ​10 ​m​2​de plantação?

Rejeitos de mineração no município de Brumadinho (MG), em 2019.

Rejeitos da barragem de Brumadinho chegam ao São Francisco, diz ONG

Relatório do SOS Mata Atlântica aponta que lama de rejeitos já atingiu o rio. Agência Nacional de Águas discorda.

b ) Quantos ​mols​há em uma embalagem de ​2 L​? n Resposta: ​c ​= _ ​​ ​⇒ ​n ​= ​c · ​V ​⇒ ​n ​= ​0,5 · ​2 ​= ​1 ​∴ ​1 mol​. V

6. O sódio é essencial para o funcionamento ade-

Rejeitos de mineração mais finos, carregados de metais pesados provenientes da barragem que se rompeu em Brumadinho, têm afluído no rio São Francisco. Essa foi a principal constatação da segunda expedição da SOS Mata Atlântica pelo rio Paraopeba, realizada de 8 a 14 de março. […] DAMASIO, Kevin. Rejeitos da barragem de Brumadinho chegam ao São Francisco, diz ONG. National Geographic, 22 mar. 2019. Disponível em: https://www.nationalgeographicbrasil.com/meio -ambiente/2019/03/rejeitos-barragem-vale-brumadinho -paraopeba-sao-francisco. Acesso em: 27 ago. 2024.

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NÃO ESCREVA NO LIVRO.

3. a) Resposta: No rejeito pode haver ferro (​​ Fe) ​​, manganês (​​ Mn) ​​, alumínio (​​ A𝓁) ​​, cromo ​​(Cr) ​​, chumbo (​​ Pb)​​, mercúrio (​​ Hg) ​​, cádmio (​​ Cd) ​​ e arsênio (​​ As) ​​.

quado do corpo humano, pois participa da regulação do equilíbrio hídrico, da transmissão de impulsos nervosos e da contração muscular. No entanto, o consumo excessivo pode levar a problemas de saúde, como hipertensão arterial, doenças cardiovasculares e problemas renais. Uma análise do teor de sódio em uma amostra de salgadinho revelou que contém ​1 500 mg​de sódio a cada ​100 g​de produto. Com base nessa informação, resolva os itens apresentados. a ) Calcule a concentração de sódio em ppm na amostra. b ) Caso uma pessoa consuma uma porção de​ 30 g​, quantos miligramas de sódio terá essa porção? 5. a) Resposta: Cada litro do produto deve ser adicionado em ​ 2 ​m​​ 2​​, portanto em ​10 ​m​​ 2​​ são necessários ​5 L​da solução.

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UNIDADE

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Fração em quantidade de matéria 5. O que significa a palavra fração?

Resposta: De forma geral, a palavra fração representa a razão de uma parte pelo todo.

A palavra fração, em nosso estudo, tem o mesmo significado que você estudou em Matemática. Neste caso, a razão é entre números de mol dos componentes presentes na solução. Sendo assim, a fração em quantidade de matéria ou fração molar corresponde à razão entre a quantidade de matéria em mol do soluto (ou do solvente) e a soma das quantidades de matéria em mol de todos os componentes da solução. Logo, temos que: a fração em quantidade de matéria do soluto ​​(​x​1​​)​​ indica a razão entre as quantidades de matéria do soluto ​​n​1​​​ e da solução ​n​, que pode ser representada por:

​n​1​​ ​​x​1​​ ​= _ ​​ ​​ n

(adimensional) ​0 ​< ​​x​1​​ ​< ​1​

a fração em quantidade de matéria do solvente ​​(​x​2​​)​​ indica a razão entre as quantidades de matéria do solvente ​​n​2​​​ e da solução ​n​, que pode ser representada por: Lembrando que ​n ​= ​​n​1​​ ​+ ​​n​2​​​.

​n​2​​ ​​x​2​​ ​= _ ​​ ​​  n

(adimensional) ​0 ​< ​​x​2​​ ​< ​1​

Então, a soma das frações em quantidades de matéria do soluto e do solvente é sempre 1, ou seja, ​​x​1​​ ​+ ​​x​2​​ ​= ​1​.

1º. Inicialmente, calculam-se as massas molares de cada um dos componentes da solução. ​​M​​C​6​​​H​12​​​O​6​​​​ ​= (​​ 12 ​· ​6 ​+ ​1 ​· ​12 ​+ ​16 ​· ​6)​g/mol ​⇒ ​​M​​C​6​​​H​12​​​O​6​​​​ ​= ​180 g/mol​ ​​M​​H​2​​O​​ ​= (​​ 1 ​· ​2 ​+ ​16 ​· ​1)​g/mol ​⇒ ​​M​​H​2​​O​​ ​= ​18 g/mol​ 2º. Em seguida, determinam-se ​​n​1​​​, ​​n​2​​​ e ​n​. ​m​1​​ 5g ​​n​1​​ ​= _ ​​ ​​⇒ ​​n​1​​ ​= _ ​​ ​​⇒ ​​n​1​​ ​≃ ​0,028 mol de soluto (​ ​C​6​​​H​12​​​O​6​​)​​ ​M​1​​ 180 g/mol ​m​2​​ 100 g ​​n​2​​ ​= _ ​​ ​​⇒ ​​n​2​​ ​= _ ​​ ​​⇒ ​​n​2​​ ​≃ ​5,556 mol de solvente (​ ​H​2​​O)​​ ​M​2​​ 18 g/mol

Bárbara Lima/Fotoarena

Considere que um soro glicosado com 5% de massa (soluto/solvente) utilizado em hos​ ​​​O​6​​)​​ dissolvidos em 1 ​ 00 g​de água​​ pitais é uma solução formada por 5 ​ g​de glicose (​​ ​C​6​​​H12 (​H​2​​O)​​. Com esses dados, podemos determinar as frações em quantidade de matéria do soluto (glicose) e do solvente (água).

Bolsa de soro glicosado 5%.

​n ​= ​​n​1​​ ​+ ​​n​2​​ ​⇒ ​n ​= (​​ 0,028 ​+ ​5,556)​mol ​⇒ ​n ≃​5,584 mol (​ solução)​​ 3º. Assim, a fração em quantidade de matéria de soluto ​​x​1​​​ é dada por: ​n​1​​ 0,028 mol ​​x​1​​ ​= _ ​​ ​​⇒ ​​x​1​​ ​= _ ​​ ​​⇒ ​​x​1​​ ​≃ ​0,005​ n 5,584 mol Isso significa que em cada ​1 mol​de solução há aproximadamente ​0,005 mol​de soluto. Já a fração em quantidade de matéria de solvente ​​x​2​​​ é dada por: ​n​2​​ 5,556 mol ​​x​2​​ ​= _ ​​ ​​⇒ ​​x​2​​ ​= _ ​​ ​​⇒ ​​x​2​​ ​≃ 0,995​ n 5,584 mol Esse valor também pode ser obtido pelo uso da relação: ​ ,005 ​+ ​​x​2​​ ​= ​1 ​⇒ ​​x​2​​ ​= ​0,995​ ​​x​1​​ ​+ ​​x​2​​ ​= ​1 ​⇒ 0 Isso significa que em cada ​1 mol​de solução há ​0,995 mol​de solvente.

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Pela regra de três, é possível calcular a fração em quantidade de matéria de soluto ​​x​1​​​ e de solvente ​​x​2​​​.

O cálculo da quantidade de matéria da solução ​​(n)​​ é: ​n ​= ​​n​1​​ ​+ ​​n​2​​ ​⇒ ​n ​= (​​ 0,028 ​+ ​5,556)​mol ​⇒ ​n ≃ ​ ​5,584 mol ​(solução)​​ Assim, a fração em quantidade de matéria de soluto ​​x​1​​​ é dada por: ​5,584 mol​de solução

​0,028 mol​de ​​C​6​​​H​12​​​O​6​​​

​1 mol​de solução ​∴ ​​x​1​​ ​≃ ​0,005​

​​x​1​​​

Isso significa que em cada ​1 mol​de solução há aproximadamente ​0,005 mol​de soluto. Já a fração em quantidade de matéria de solvente ​​x​2​​​ é dada por:

​5,584 mol​de solução

​5,556 mol​de ​​H​2​​O​

​1 mol​de solução ​∴ ​​x​2​​ ​≃ ​0,995​

​​x​2​​​

Essa relação é pouco utilizada em soluções líquidas, pois geralmente a quantidade de matéria do soluto é bem menor que a quantidade de matéria da solução.

Relações entre algumas concentrações de soluções As concentrações em massa ​C​e em quantidade de matéria c​ ​ podem ser relacionadas da seguinte forma:

​m​1​​ ​n​1​​ ​c ​= _ ​​ ​​ (1) e ​C ​= ​​_​​ (2) V V

​​(mol / L) ​​

Substituindo (3) em (1), obtém-se: ​m​1​​ C ​c ​= ​​_​​⇒ ​c ​= ​​_​​ ​M​1​​ ​· ​V ​M​1​​

(​​ g / L) ​ ​

Isolando ​C​, a relação obtida é:

​m​1​​ ​​ ​​ (3) em que: ​​n​1​​ ​= _ ​M​1​​

​C ​= ​c ​· ​​M​1​​​

Outras relações envolvendo concentrações de soluções e densidade de solução Algumas expressões de concentração, densidade e suas respectivas unidades Concentração em massa

Título em massa

Densidade da solução

Concentração em ​ mol/L​

​m​1​​ ​C ​= ​​_​​ V

​m​1​​ ​τ ​= _ ​​ ​​ m

m ​d ​= ​​_​​ V

​n​1​​ ​c ​= ​​_​​ V

↓​​​ ​​​​

​​​↓​​​​

​​​↓​​​​

​​​↓​​​​

​g/L​

adimensional

​g/L​

​mol/L​

Relações entre as concentrações e a densidade ​​ ​C​​ ​​ ​= ​​​d ​· ​τ​ ​​​ ​= ​​ ​ c ​· ​​M​1​​ ​​​ ⏟ ⏟ g/L g/L g ⏟ mol _ ​  ​· _ ​  ​ L

mol

​​​↓​​​​ ​ g/L​

Diluição de soluções

6. Em sua opinião, ao dissolver soluto em determinada quantidade de solvente, está sendo feita uma diluição? Explique sua resposta.

Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes respondam que não. O termo diluição é usado quando já se tem uma solução, que, por adição de solvente, forma uma nova solução de concentração menor que a solução inicial. Nesse caso, tem-se uma dissolução, e não uma diluição.

É muito comum que rótulos de embalagens de sucos concentrados orientem os consumidores a acrescentar determinada porção de água durante o preparo. A fotografia na próxima página mostra exatamente esse procedimento. Nesse caso, a água adicionada desempenhou função de solvente, diluindo assim a solução (suco concentrado). Dessa forma, a concentração da solução diminuiu.

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7. Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes digam que eles ou as pessoas com quem vivem já compraram suco concentrado. Dzmitry Malyeuski/Shutterstock.com

Imagens desta página sem proporção e em cores fantasia.

8. Resposta: Espera-se que os estudantes respondam que, por não ser um produto de consumo imediato, ele ocupa menos espaço e menos gasto com transporte ao estar concentrado.

UNIDADE

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7. Você ou alguma pessoa em sua casa já comprou suco concentrado? 8. Explique por que o suco é comercializado na forma concentrada em vez de ser vendido pronto para o consumo.

9. Você conhece outros produtos que são vendidos na forma concentrada? 9. Resposta pessoal. Os estudantes podem mencionar produtos de limpeza, tinta etc.

Adição de água ao suco concentrado.

Em Química, o termo diluir indica acréscimo de solvente a uma solução, o que diminui a sua concentração. Nesse caso, a quantidade de soluto permanece constante. Em laboratório, utiliza-se uma pipeta (com pera) para transferir uma alíquota de volume conhecido da solução concentrada (solução inicial) para um balão volumétrico e, em seguida, adiciona-se água até o volume final desejado, obtendo a solução diluída (solução final). Analise a representação desse processo a seguir. pera água Ilustrações: Rafael Luís Gaion/Arquivo da editora

pipeta

balão volumétrico solução concentrada Representação da 1ª etapa.

Representação da 2ª etapa.

Representação da 3ª etapa.

Representação da solução diluída.

Em geral, o termo concentrar, em Química, indica diminuição da quantidade de solvente da solução, o que aumenta a sua concentração. Nesse caso, se o soluto não for volátil e o solvente não for inflamável, ao aquecer a solução para provocar a evaporação do solvente, aumenta-se a concentração da solução.

​400 mL​ de ​​H​2​​O ​+ ​40 g​ de sal

Ilustrações: Rafael Luís Gaion/Arquivo da editora

​1 000 mL​ de ​​H​2​​O ​+ ​40 g​ de sal

Representação de solução diluída no início do aquecimento.

Alíquota: refere-se a uma parte da solução. Representação de solução concentrada após a vaporização da água.

Volátil: que evapora com facilidade. Inflamável: que entra em combustão.

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Não podemos confundir diluição com dissolução. Na dissolução, adicionamos soluto ao solvente, preparando assim uma solução. Ao acrescentarmos mais solvente, teremos uma diluição.

Perceba que a quantidade de soluto permaneceu constante nas duas situações apresentadas (diluição e concentração de soluções), mas a concentração da solução variou. Assim, temos: solução inicial ​m​i​​ ​​ ​​ ​​C​i​​ ​= _ ​V​i​​

diluição adição de solvente

​​​⎯⎯       ⟶​​​​​              ​↑​​ V ↓ ​ ​​ C

​​m​i​​ ​= ​​C​i​​ ·​ ​​V​i​​​

solução final ​m​f​​ ​​C​f​​ ​= _ ​​ ​​ ​V​f​​ ​​m​f​​ ​= ​​C​f​​ ​· ​​V​f​​​

​​ ​f​​​ ​​m​i​​ ​= m ​​C​i​​ ·​ V ​​ ​i​​ ​= ​​C​f​​ ·​ V ​​ ​f​​​ Se a massa do soluto presente na solução se mantiver constante durante a diluição ou a concentração da solução, conclui-se que a quantidade de matéria do soluto permanecerá constante ​​n​i​​ ​= ​​n​f​​​. Assim, para a concentração em quantidade de matéria (​​ mol/L)​​, obtém-se a seguinte relação: ​​c​i​​ ​· ​​V​i​​ ​= ​​c​f​​ ​· ​​V​f​​​ Esquematicamente, para uma diluição, tem-se: diluição ​​​↓​​​​

​m​i​​ = ​m​f​​

​​​ ​​ solução final solução inicial ​​ ​⟶ ↑ ↓ ​ ​​ V ​ ​​ C

ATIVIDADES RESOLVIDAS R3. Foram pipetados ​25 ​cm​​3​de uma solução aquosa inicial de ácido nítrico ​(​HNO​3​)​, de con-

centração ​16 mol/L​, em ​200 ​cm​​3​de água. Em seguida, adicionou-se água suficiente para atingir o volume final de ​500 ​cm​​3​. Determine a concentração da solução final, em ​mol/L​. Resolução • ​​V​i​​ ​= ​25 ​cm​​ 3​​, ou seja, ​25 mL​

• ​​V​f​​ ​= ​500 ​cm​​ 3​​

• ​​c​i​​ ​= ​16 mol/L​

• ​​c​f​​ ​= ?​

Erika J Mitchell/Shutterstock.com

em que ​V​e ​C​são grandezas inversamente proporcionais.

Solução de ácido nítrico concentrado.

Como houve adição de solvente a uma solução inicial (concentrada), o volume aumentou e a concentração diminuiu. Trata-se, portanto, de um procedimento de diluição. Assim, com base na expressão matemática usada em diluição de soluções, se isolarmos a concentração em quantidade de matéria final ​​c​f​​​ e, em seguida, substituirmos os valores das demais grandezas, teremos: ​c​i​​ ​· ​​V​i​​ ​​c​i​​ ​· ​​V​i​​ ​= ​​c​f​​ ​· ​​V​f​​ ​⇒ ​​c​f​​ ​= ​​_​​ ​V​f​​ 16 mol/L ​· ​25​cm​​ 3​ ________________ ​​ ​​⇒ ​​c​f​​ ​= ​0,8 mol/L​ ​​c​f​​ ​=    500 ​cm​​ 3​ Logo, a concentração em quantidade de matéria final para essa solução é ​0,8 mol/L​. Isso significa que em cada ​1 L​dessa solução (final) há ​0,8 mol​de soluto dissolvido. Pelos dados contidos no texto, vê-se que o volume aumentou 20 vezes ​​(de 25 ​cm​​ 3​para 500 ​cm​​ 3​)​​. Como concentração de solução e volume são grandezas inversamente proporcionais, a concentração final dessa solução deve ser 20 vezes menor.

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Mistura de soluções

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10. Em sua opinião, o que significa misturar duas soluções?

Resposta pessoal. Espera-se que os estudantes respondam que misturar duas soluções significa colocá-las em um mesmo recipiente. Pat_Hastings/Shutterstock.com

De acordo com o que já estudamos, é comum prepararmos soluções, que podem ser muito ou pouco concentradas. Há situações em que podemos misturar duas soluções, como acrescentar adoçante ao café ou juntar um café mais concentrado a outro menos concentrado. Em ambos os casos, estamos colocando duas soluções em um mesmo recipiente, ou seja, misturando soluções. 11. Resposta pessoal. Analise as respostas dos estudantes para verificar se, de fato, consideraram a mistura de duas soluções.

11. Cite uma situação em que se misturam duas soluções.

Há casos em que, após misturar soluções, é necessário determinar a concentração de cada componente da mistura final. Para isso, é preciso saber se as soluções misturadas reagem ou não entre si.

Adição de gotas de adoçante em uma xícara de café.

Na mistura de café com adoçante ou do café concentrado com outro menos concentrado não há reação química. As misturas de soluções que não reagem entre si podem ser tanto de soluções de mesmo soluto como de solutos diferentes. Ao misturar soluções de mesmo soluto, mas com concentrações diferentes, obtemos uma solução final cujo valor da concentração final fica entre os valores das soluções mais e menos concentradas. Se considerarmos uma mistura de duas soluções aquosas de sulfato de cobre(II) ​​(CuS​O4​ ​​​(aq))​​​ de concentrações diferentes, seria possível notar o resultado da mistura em relação à cor das concentrações. Uma mistura da solução 1 com a solução 2, ambas apresentadas nas imagens, resultaria em uma solução com tonalidade intermediária entre elas.

Solução 1 de sulfato de cobre(II) concentrada.

Fotos: Trevor Clifford Photography/SPL/Fotoarena

Mistura de soluções que não reagem entre si

Solução 2 de sulfato de cobre(II) diluída.

Consideremos um experimento em que duas soluções de hidróxido de sódio foram preparadas. A solução A foi preparada dissolvendo ​40 g​em ​250 ​cm​​ 3​​ de solvente e a solução B dissolvendo ​60 g​em ​250 ​cm​​ 3​​. A concentração final obtida ao misturar as soluções é apresentada a seguir. ​​m​​1​B​​​​ ​= ​60 g​

​​m​​1​f​​​​ ​= ​100 g​

​​ ​A​​ ​= ​250 ​cm​​ 3​​ V

​​ ​B​​ ​= ​250 ​cm​​ 3​​ V

​​V​f​​ ​= ​500 ​cm​​ 3​​

Representação da solução A.

Representação da solução B.

Representação da mistura.

40 g ​​C​A​​ ​= _ ​​ ​​⇒ ​​C​A​​ ​= ​0,16 g/​cm​​ 3​​ 250 ​cm​​ 3​

60 g ​​C​B​​ ​= _ ​​ ​​⇒ ​​C​B​​ ​= ​0,24 g/​cm​​ 3​​ 250​cm​​ 3​

100 g ​​C​f​​ ​= _ ​​ ​​⇒ ​​C​f​​ ​= ​0,20 g/​cm​​ 3​​ 500​cm​​ 3​

Ilustrações: Rafael Luís Gaion/ Arquivo da editora

​​m​​1​A​​​​ ​= ​40 g​

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De acordo com esses dados, podemos estabelecer as seguintes relações:

Se substituirmos (3), (4) e (5) em (1), teremos: ​​ ​​m​f​​ ​​ ​= ​​ ​​m​A​​ ​​ ​+ ​​ ​​m​B​​ ​​​ ​C⏟ ​A​​ · ​V​A​​ ​C⏟ ​B​​ · ​V​B​​ ​C⏟ ​f​​ · ​V​f​​

​​m​f​​ ​= ​​m​A​​ ​+ ​​m​B​​​ (1) ​​V​f​​ ​= ​​V​A​​ ​+ ​​V​B​​ ​(2) ​m​A​​ ​​ ​​⇒ ​​m​A​​ ​= ​​C​A​​ ​· ​​V​A​​​ (3) ​​C​A​​ ​= _ ​V​A​​ ​_ m​B​​ ​​C​B​​ ​= ​​ ​​⇒ ​​m​B​​ ​= ​​C​B​​ ​· ​​V​B​​​ (4) ​V​B​​ ​m​f​​ _ ​​C​f​​ ​= ​​ ​​⇒ ​​m​f​​ ​= ​​C​f​​ ​· ​​V​f​​​ (5) ​V​f​​

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Logo: ​​C​f​​ ​· ​​V​f​​ ​= ​​C​A​​ ​· ​​V​A​​ ​+ ​​C​B​​ ​· ​​V​B​​​

Dessa forma, se misturarmos várias soluções de mesmo soluto, por analogia obteremos, genericamente, as seguintes expressões: ​​C​f​​ ​· ​​V​f​​ ​= ​​C​A​​ ​· ​​V​A​​ ​+ ​​C​B​​ ​· ​​V​B​​ ​+ ​...​ ​​c​f​​ ​· ​​V​f​​ ​= ​​c​A​​ ​· ​​V​A​​ ​+ ​​c​B​​ ​· ​​V​B​​ ​+ ​...​

Dessa forma, voltando ao experimento anterior, podemos calcular a concentração final da solução da seguinte maneira: 1º. partindo da expressão ​​C​f​​ ​· ​​V​f​​ ​= ​​C​A​​ ​· ​​V​A​​ ​+ ​​C​B​​ ​· ​​V​B​​​ e isolando ​​C​f ​​​, temos: ​C​A​​ ​· ​​V​A​​ ​+ ​​C​B​​ ​· ​​V​B​​ ​​   ​​ ​​C​f​​ ​= ______________ ​V​f​​ 2º. substituindo os valores numéricos, obtemos o valor da concentração final da mistura: 0,16 ​· ​250 ​+ ​0,24 ​· ​250 ​​   ​​⇒ ​​C​f​​ ​= ​0,20 g/​cm​​ 3​​ ​​C​f​​ ​= ___________________ 500

Ao misturar soluções de solutos diferentes sem ter reação química, ocorre a diluição de cada um dos solutos. Nessa situação, como o volume da mistura final é maior e as quantidades de soluto permanecem constantes, as concentrações finais de cada um dos solutos serão menores do que as iniciais. Considere uma mistura de soluções aquosas de cloreto de sódio (sal de cozinha, ​NaC𝓁​) e de sacarose (açúcar comum, ​C​12​​​H​22​​​O​11​​​), com volumes diferentes. ​​V​f​​ ​= ​500​cm​​ 3​​ ​0,4 mol​de ​NaC𝓁​

​​V​B​​ ​= ​300​cm​​ 3​​

​0,4 mol​de ​NaC𝓁​

​0,9 mol​de ​​C​12​​​H​22​​​O​11​​​

​0,9 mol​de ​​C​12​​​H​22​​​O​11​​​

Representação da solução A.

Representação da solução B.

Representação da mistura.

Ilustrações: Rafael Luís Gaion/ Arquivo da editora

​​V​A​​ ​= ​200​cm​​ 3​​

No experimento, as concentrações em quantidade de matéria das soluções iniciais e finais podem ser calculadas conforme segue. 1º. Cálculos das concentrações em quantidades de matéria das soluções iniciais A e B. ​n​A​​ 0,4 mol ​​ ​​⇒ ​​c​​A​i​​​​ ​= _ ​​ ​​⇒ ​​c​​A​i​​​​ ​= ​2 mol/L ​de ​NaC𝓁​(aq)​​ Solução inicial A: ​​c​​A​i​​​​ ​= _ ​V​​A​i​​​​ 0,2 L ​n​B​​ 0,9 mol Solução inicial B: ​​c​​B​i​​​​ ​= _ ​​ ​​⇒ ​​c​​B​i​​​​ ​= _ ​​ ​​⇒ ​​c​​B​i​​​​ ​= ​3 mol/L ​de ​​C​12​​​H​22​​​O​11​​​(aq)​​ ​V​​B​i​​​​ 0,3 L

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2º. Cálculos das concentrações em quantidades de matérias da mistura (solução final) para os solutos A e B presentes na solução.

UNIDADE

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Mistura (solução final): o volume final da solução obtida após a mistura das soluções A e B é igual à soma dos volumes das soluções iniciais ​​(200 ​cm​​ 3​​+ ​300​ cm​​ 3​)​​. Assim, o volume final da solução após a mistura é igual a ​500 ​cm​​ 3​​. Utilizando a relação da diluição para cada um dos solutos presentes na mistura, temos: Imagens desta página sem proporção e em cores fantasia.

Solução final A: ​​c​​A​i​​​​ ​· ​​V​A​​ ​= ​​c​​A​f​​​​ ​· ​​V​f​​ ​⇒ ​2 ​· ​0,2 ​= ​​c​​A​f​​​​ ​· ​0,5 ​⇒ ​​c​​A​f​​​​ ​= ​0,8​

​∴ ​​c​​A​f​​​​ ​= ​0,8 mol/L ​de ​NaC𝓁​(aq)​​

Solução final B: ​​c​​B​i​​​​ ​· ​​V​B​​ ​= ​​c​​B​f​​​​ ​· ​​V​f​​ ​⇒ ​3 ​· ​0,3 ​= ​c​​B​f​​​​​ ​· ​0,5 ⇒ ​​c​​B​f​​​​ ​= ​1,8​​

​∴ ​c​​B​f​​​​​= ​1,8 mol/L ​de ​​C​12​​ ​H​22​​ ​O​11​​​(aq)​​

O que podemos concluir: Concentração inicial e final das soluções Solução

Concentração inicial

Concentração na mistura

A

​2 mol/L​

​0,8 mol/L​

B

​3 mol/L​

​1,8 mol/L​ ​​V​f​​ ​= ​500​cm​​ 3​​ ​​ ​B​​ ​= ​300​cm​​ 3​​ V

​0,8 mol/L​de ​NaC𝓁​

​0,4 mol​de ​NaC𝓁​

​0,9 mol​de ​​C​12​​​H​22​​​O​11​​​

​1,8 mol/L​de ​​C​12​​​H​22​​​O​11​​​

Representação da solução A.

Representação da solução B.

Representação da mistura.

Ilustrações: Rafael Luís Gaion/ Arquivo da editora

​​ ​A​​ ​= ​200​cm​​ 3​​ V

Para o cálculo das concentrações das soluções iniciais e finais, em quantidade de matéria, podemos fazer uso da regra de três simples. Solução inicial A:

Solução inicial B:

​0,4 mol​ ​​c​A​ ​i​​​​​

​0,9 mol​ ​​c​​B​i​​​​​

​0,2 L​ ​1 L ​∴ ​​c​​A​i​​​​ ​= ​2 mol/L​de ​NaC𝓁​(aq)​​

​0,3 L​ ​1 L ​∴ ​​c​​B​i​​​​ ​= ​3 mol/L​de ​​C​12​​​H​22​​​O​11​​​(aq)​​

Mistura de soluções (soluções finais A e B): ​n​A​​ 0,4 mol ​​ ​​⇒ ​​c​​A​f​​​​ ​= _ ​​ ​​⇒ ​​c​​A​f​​​​ ​= ​0,8 mol/L​de ​NaC𝓁​(aq)​​ ​​c​​A​f​​​​ ​= _ ​V​f​​ 0,5 L ​n​B​​ 0,9 mol ​​​c​B​​​ f​​ ​= _ ​​ ​​⇒ ​​​c​B​​​ f​​ ​= _ ​​ ​​⇒ ​​​c​B​​​ f​​ ​= ​1,8 mol/L​de ​​C​12​​​H​22​​​O​11​​​(aq)​​ ​V​f​​ 0,5 L

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ATIVIDADES

NÃO ESCREVA NO LIVRO.

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Respostas e resoluções das questões 1, 2 e 3 nas Orientações para o professor.

1. O cloreto de cálcio (​ CaC𝓁​2​) ​é um dos ingredientes

utilizados na fabricação de queijos. Sua função é aumentar o rendimento e a eficiência da etapa de coagulação. Com esse objetivo, João, um técnico de laboratório, resolveu preparar uma solução aquosa de cloreto de cálcio dissolvendo 3 ​ 6,10 g​desse soluto em ​42,75 g​de água. Qual é a fração em mol de soluto presente na solução preparada por João? Dados – massas molares (​​ g/mol)​​:

​Ca ​= ​40; C𝓁 ​= ​35,5; H ​= ​1; O ​= ​16​.

2. Em um laboratório, um professor de Química misturou ​150 mL​de solução aquosa a ​0,20 mol/L​de cloreto de sódio (​ NaC𝓁)​com ​450 mL​de uma solução aquosa a ​0,50 mol/L​também de cloreto de sódio. Qual é a concentração final dessa mistura?

3. Duas soluções aquosas de hidróxido de sódio​

Balão volumétrico III:

​NaOH​(aq)​​⇒ ​​C​III​​ ​= ​?​; ​​c​III​​ ​= ​?​; ​​V​III​​ ​= ​300 mL​.

Determine a concentração final do balão III em​ g/L​e ​mol/L​.

4. Em um laboratório, um professor de Química

misturou ​40 mol​ de água destilada a 1 ​ 0 mol​ de álcool comum. Quais são os valores das frações molares do solvente (água destilada) e do soluto (álcool comum)? a ) 0,4 e 0,1

d ) 0,4 e 0,8

b ) 20 e 80

e ) 0,6 e 0,4

c ) 0,8 e 0,2

Resposta: Alternativa c. Resolução nas Orientações para o professor.

5. Um laboratorista misturou duas soluções ​(X ​+ ​Y)​ formando uma nova solução Z, conforme a ilustração a seguir.

Representação da solução X.

Ilustrações: Rafael Luís Gaion/ Arquivo da editora

Ilustrações: Rafael Luís Gaion/Arquivo da editora

(NaOH)​ contidas nos balões I e II de concentrações e quantidades de matéria conhecidas são misturadas no balão III, conforme o esquema a seguir.

Representação da solução I, de ​200 mL​.

Representação da solução II, de ​100 mL​.

Representação da solução III, de ​300 mL​.

Representação da solução Y.

Representação da solução Z.

​​c​I​​ ​= ​4,0 mol/L​; ​​V​I​​ ​= ​200 mL​.

A mistura foi feita com uma solução X de ​200 mL​ de cloreto de cálcio (​​ ​CaC𝓁​2​​)​​, com concentração em massa igual a ​60 g/L​, e ​400 mL​de outra solução Y de cloreto de cálcio e obteve uma solução Z resultante, de concentração em massa igual a ​80 g/L​. Calcule a concentração em ​g/L​da solução Y. Resposta: Alternativa c. Resolução nas

Balão volumétrico II:

a ) ​150 g / L​

d ) ​65 g / L​

b ) ​100 g / L​

e ) ​30 g / L​

Considerando os seguintes dados relativos aos balões I, II e III: Balão volumétrico I:

​NaOH​(aq)​​⇒ ​​C​I​​ ​= ​160 g/L​;

​NaOH​(aq)​​⇒ ​​C​II​​ ​= ​40 g/L​;

​​c​II​​ ​= ​1,0 mol/L​; ​​V​II​​ ​= ​100 mL​.

Orientações para o professor.

c ) ​90 g / L​

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As propriedades coligativas Até o momento, vimos neste capítulo como as soluções são preparadas em laboratório, como a concentração delas pode ser expressa e alterada pelos processos de diluição e concentração e como esses materiais e procedimentos estão presentes em nosso cotidiano. A partir de agora, vamos estudar como a presença de um soluto interfere nas propriedades do solvente de uma solução.

UNIDADE

3

12. Você já colocou solução de água e sal no congelador? A água congelou? Resposta pessoal. Caso os estudantes já tenham realizado esse procedimento, espera-se que eles respondam que a água não congelou. Caso contrário, peça-lhes que façam o experimento em casa e verifiquem o que acontece.

Essa questão pode ser respondida com base nos conhecimentos de propriedades coligativas. Vamos analisar uma situação comum do cotidiano em que se ferve água para preparar uma macarronada, por exemplo. A fotografia A mostra um recipiente com água, em processo de ebulição, a ​100 ° C​, e a fotografia B mostra o mesmo recipiente, logo após a adição de duas colheres de sal. Analise o que aconteceu. ffolas/Shutterstock.com

B.

ffolas/Shutterstock.com

A.

Recipiente com água em processo de ebulição.

Recipiente com água após a adição de sal.

Os líquidos puros, assim como qualquer outra substância, têm valores característicos de pressão de vapor, temperatura de ebulição e temperatura de solidificação/fusão. Esses valores podem levar à identificação de determinada substância. A água, ao nível do mar e à pressão de ​1 atm​, entra em ebulição a ​100 °C​. Ao dissolver um soluto não volátil nesse líquido (solvente), as propriedades características do solvente se alteram, como no caso da adição do sal (cloreto de sódio) à água. As propriedades coligativas são as alterações das propriedades do solvente com soluto não volátil, que dependem do número de partículas do soluto, e não de sua identidade química. Portanto, após estudos e experimentos, os químicos concluíram que as propriedades físicas e químicas dos materiais dependem das concentrações das substâncias que o compõem. Logo, as propriedades coligativas são propriedades quantitativas, porque dependem da concentração de soluto não volátil; e não qualitativas, uma vez que não dependem da natureza do soluto. Por exemplo, no preparo de duas soluções, uma iônica e outra molecular, com volumes iguais e mesma quantidade de matéria em mol, verificamos, ao final, que a solução iônica terá um número de partículas dissolvidas maior que o da solução molecular. Quanto a isso, considere os casos a seguir. ​ ​​)​​: substância molecular cuja solubilidade em água a ​20 ° C​é igual a ​1 970 g/L​. A. Sacarose (​​ ​C​12​​H​22​​O11 B. Cloreto de sódio (​​ NaC𝓁) ​​: substância iônica cuja solubilidade em água a ​20 ° C​é igual a ​368 g/L​.

C. Ácido fosfórico (​​ ​H​3​​PO​4​​)​​: substância molecular que a ​20 ° C​apresenta grau de ionização igual a 27%.

D. Sulfato de alumínio (​​ A𝓁​ 2​​​(SO​4​​)​​ ​​)​​: composto iônico que a ​20 ° C​apresenta grau de dissociação igual 3 a 60%.

217

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Assim, a ​20 ° C​ são separados 4 recipientes iguais e com capacidade de 1 ​ ,5 L​. Em cada um desses recipientes coloca-se ​1 L​de água e adiciona-se, de forma isolada, somente 1 mol das quatro substâncias citadas (​C​ ​12​​H​22​​O​11​​​, ​NaC𝓁​, ​​H​3​​PO​4​​​ ou ​A𝓁​ 2​​​(​SO​4​​)​​ 3​​​). Assim, podemos determinar a ordem crescente de intensidade do efeito coligativo das quatro soluções preparadas. Se a quantidade de solvente presente em cada solução é de 1 ​ L​e a cada uma foi adicionada uma quantidade de soluto equivalente à massa molar deste, temos:

A. Para a solução de sacarose (​​ ​C​12​​H​22​​O​11​​​(aq))​​​ em ​1 L​de solvente a ​20 ° C​, é possível dissolver até ​1 970 g​ do soluto (solubilidade da sacarose). Logo, ao adicionar ​342 g​ dessa substância (correspondente à massa de 1 ​ mol​) e mexer adequadamente, haverá dissolução total desse açúcar e formação de uma solução insaturada de sacarose. água

​​​​C​ ​​ ​H​ ​​ ​O​​ ​​​(s) ​​​​ ​​⎯→​​​​       ​​​C​12​​ ​H​22​​ ​O​11 ​ ​​​(aq)​​​  dissolução

12 22 11 

​

1 mol

​  ​

1 mol

​​    ​6    ,02 ​· ​​10​​ 23​moléculas​​ 

​​​6,02   ​· ​​10​​ 23​ moléculas    ​ ​​



​(retículo cristalino) ​

​​​

número total de partículas em solução = 6,02 · ​10​​ 23​partículas

B. Para a solução de cloreto de sódio ​​(NaC𝓁​(aq))​​​ em ​1 L​ de solvente a ​20 ° C​, é possível dissolver até​ 368 g​de cloreto de sódio (solubilidade do cloreto de sódio). Logo, ao adicionar 5 ​ 8,5 g​dessa substância (correspondente à massa de 1 ​ mol​) e mexer adequadamente, haverá dissolução total desse sal e formação de uma solução insaturada de cloreto de sódio. água

→​​​​ ​ ​​Na​​ 1+​​(aq) ​ ​​ ​​ ​+ ​​ ​​C𝓁​​1−​​(aq) ​​​ ​​​ ​​​NaC𝓁​(​s) ​​​​ ⎯ ​​  dissociação ​ ​ 1 mol de cátions ⏟ 1 mol 1⏟ mol de ânions ​ α = 100%  ​ (

unitárias ​ de NaC𝓁 ​​ ​​​6 ,02 ​· ​​10​​ 23​ fórmulas  ​(retículo cristalino) ​

)

​​ ​6,02          ​· ​​10​​ 23​cátions e 6,02 ​· ​​10​​ 23​ ânions​​ 

​​​

íons presentes em solução      ​ ​ ​ número total de partículas em solução = 12,04 ·​10​​ 23​partículas

C. Para a solução de ácido fosfórico (​​ ​H​3​​PO​4​​​(aq) ​)​​ em ​1 L​de solvente a ​20 ° C​, o grau de ionização é igual a 27%. Assim, ao adicionar ​1 mol​de moléculas dessa substância, haverá ionização de ​0,27 mol​de moléculas. Número de espécies formadas na ionização do ácido fosfórico ​3 ​H​​ 1+​​(aq) ​​

​+​

​​​PO​4​​​​ 3−​​(aq) ​​

→​​​​​ ⎯ ​​​

0

​+​

0

→​​​​​ ⎯ ​​​

água

0

​+​

0

→​​​​​ ⎯ ​​​

água

​3 ​· ​0,27 mol​

​+​

​0,27 mol​

água

​0,81 mol​de cátions

​+​

​0,27 mol​de ânions

água

Equação de ionização

​​H​3​​PO​4​​​

→​​​​​ ⎯ ​​​

Quantidade inicial

​1 mol​

Fração reagente (27% de ionização)

​0,27 mol​

Reação Quantidade final

0 ​0,73 mol​(moléculas)

ionização água

ionização

ionização

ionização

→​​​​​ ⎯ ​​​

ionização

Somam-se os valores da última linha do quadro: ​0,73 mol ​+ ​0,81 mol ​+ ​0,27 mol = ​1,81 mol de partículas​ 6,02 · ​10​​ 23​partículas    ​​· ​1,81 mol ​≃ ​1,09 ​· ​​10​​ 24​partículas​. Total de partículas em solução: ​__________________ ​ mol

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D. Para a solução aquosa de sulfato de alumínio (​​ A𝓁​ 2​​​(SO​4​​)​​ ​​​(aq) ​)​​, ao adicionar ​1 mol​dessa substância 3 em ​1 L​de solvente a ​20 °C​o grau de dissociação é 60%, então haverá dissociação de ​0,60 mol​desse sal.

UNIDADE

3

Número de espécies formadas na dissociação do sulfato de alumínio água

​A𝓁​2​​​(​SO​4​​)​​ ​​​(s)​​

→​​​  ​​ ​ ​⎯

Quantidade inicial

​1 mol​

→​​​ ⎯ ​​   ​​

Fração reagente (60% de dissociação)

​​0,60 mol​

→​​​ ⎯  ​​ ​​

0

→​​​ ⎯  ​​ ​​

​0,40 mol​

→​​​ ⎯  ​​ ​​

Equação de dissociação

3

Reação Quantidade final

​2 ​A𝓁​​3+​​(aq)​ ​

​+​

​  ​3​​  SO​4​​​​ 2−​​(aq)​​

0

​+​

0

0

​+​

0

​2 ​· ​0,60 mol​

​+​

​3 ​· ​0,60 mol​

​1,20 mol de cátions​

​+​

​1,80 mol de ânions​

dissociação água

dissociação água

dissociação água

dissociação água

dissociação

​0,40 mol ​+ ​1,20 mol ​+ ​1,80 mol​​= ​3,40 mol​de partículas 6,02 · ​10​​ 23​partículas    ​​· ​3,40 mol ​≃ ​2,05 ​· ​​10​​ 24​partículas​. Assim, resumidaTotal de partículas em solução: ​​__________________ mol mente, tem-se: Soluções e quantidades de partículas Solução

Número total de partículas em ​1 L​de solução

​​C​12​​H​22​​O​11​​​(aq) ​​

​6,02 ​· ​​10​​ 23​​ partículas ou ​0,602 ​· ​​10​​ 24​​ partículas

​NaC𝓁​(aq) ​​

​12,04 ​· ​​10​​ 23​​ partículas ou ​1,204 ​· ​​10​​ 24​​ partículas

​​H​3​​PO​4​​​(aq) ​​

​1,09 ​· ​​10​​ 24​partículas​

​A𝓁​ 2​​​(SO​4​​)​​ ​​​(aq) ​​

​2,05 ​· ​​10​​ 24​partículas​

3

Como o efeito coligativo é diretamente proporcional ao número de partículas dispersas em solução, tem-se a seguinte relação em ordem crescente de intensidade do efeito coligativo: ​​C​12​​H​22​​O​11​​< ​H​3​​PO​4​​ ​< ​NaC𝓁 ​< ​A𝓁​ 2​​​(​SO​4​​)​​ ​​​

3

Neste capítulo, vamos estudar as propriedades coligativas de abaixamento da pressão de vapor do solvente (tonoscopia), o aumento da temperatura de ebulição do solvente (ebulioscopia), o abaixamento do ponto de congelamento do solvente (crioscopia) e o aumento da pressão osmótica (osmoscopia). Para esse estudo, vamos começar com duas propriedades dos solventes que foram vistas no capítulo anterior, a pressão de vapor e a temperatura de ebulição.

Diminuição da pressão de vapor (tonoscopia) No preparo de uma macarronada, se acrescentarmos sal à água em ebulição, ela pode diminuir ou parar de ferver. Portanto, podemos notar que, ao adicionar a um solvente puro ou a uma solução um soluto não volátil, como o sal de cozinha, ocorre a diminuição na pressão de vapor do solvente. O estudo dessa variação da pressão de vapor do solvente em solução é denominado tonoscopia. Podemos analisar o comportamento da pressão de vapor da água e da solução de água e sal em função da temperatura. Para isso, aquecendo uma amostra de água e uma amostra da solução de água e sal, podemos representar em um gráfico a variação da pressão de vapor em função da temperatura, como é possível verificar na próxima página.

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Variação da pressão de vapor ​ΔP​em função da temperatura

13. Analisando os dados representados

Pressão de vapor

no gráfico, o que é possível concluir a respeito da variação da pressão de vapor ao acrescentar soluto (sal) ao solvente (água)?

Rafael Luís Gaion/Arquivo da editora

água pura

p0

p0

p1

p1

∆P = p0 – p1

solução

Resposta: Há diminuição do valor absoluto da variação da pressão de vapor. Isso pode ser verificado nas curvas representadas no gráfico. Considerando quaisquer pontos da curva que representa a variação de pressão de vapor da solução, eles estarão abaixo da curva da variação de pressão de vapor da água pura.

T

Temperatura

Fonte de pesquisa: KOTZ, John C. et al. Química geral e reações químicas. 9. ed. São Paulo: Cengage Learning, 2015. v. 1. p. 590.

De forma geral, a adição de soluto não volátil a um solvente provoca a diminuição da pressão de vapor. A variação da pressão de vapor do solvente ​ΔP​é denominada abaixamento absoluto da pressão de vapor do solvente.

Rafael Luís Gaion/ Arquivo da editora

A presença das partículas do soluto não volátil dificulta a vaporização das moléculas do solvente. Dessa forma, ocorre a redução da pressão de vapor do líquido, tornando-o menos volátil, o que se refere a um fenômeno conhecido como efeito tonoscópico. Imagem sem proporção e em cores fantasia.

fase gasosa As partículas do soluto não volátil dificultam a vaporização do solvente.

fase líquida

Imagem elaborada com base em: BROWN, Theodore L. et al. Química: a ciência central. 13. ed. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2016. p. 576.

Quanto maior o número de partículas do soluto não volátil em solução, maior será o ​ΔP​e, consequentemente, menor será a pressão de vapor do solvente em solução. A água pura, a ​25 ° C​, apresenta pressão de vapor de ​23,80 mmHg​. Analise o efeito tonoscópico em duas soluções identificadas como A e B.

​ 000 g​de água A solução A foi elaborada com 1 ​ mol​de glicose (​​ ​C​6​​H​12​​O​6​​)​​ completamente dissolvido em 1 pura, com uma pressão de vapor de ​23,38 mmHg​a ​25 ° C​. → ​    ​​ ​1    mol ​C​6​​​H​12​​​O​6​​​(aq) ​​​ ​​​ ​1 mol ​C​6​​​H​12​​​O​6​​​(s) ​ ⎯ dissolução



6,02 · ​10​​ 23​partículas dissolvidas

A solução B foi elaborada com ​0,5 mol​de cloreto de sódio ​​(NaC𝓁) ​​ em ​1 000 g​de água pura, com uma pressão de vapor de ​23,38 mmHg​a ​25 °C​. água

​​​NaC𝓁​(s​ ) ​​​​ ⎯ ​​     ⟶ ​ ​​​​ ​​​​N    a​​ +​​(aq) ​​​​ ​+ ​​​​C𝓁​​ ​​(aq) ​​​​​ dissolução total ⏟ ⏟ ⏟ 0,5 mol de 0,5 mol de 0,5 mol −

​partículas​​

​​​

​partículas​​​

dissolvidas dissolvidas 

1 mol de partículas = 6,02 ·​10​​ 23​partículas dissolvidas

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​25 °C​

​23,80 mmHg​

​25 °C​

​23,38 mmHg​

​25 °C​

​23,38 mmHg​

As soluções A e B têm o mesmo número de partículas dissolvidas em um mesmo volume de solvente.

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vapor de água