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Coleção Química Cidadã

QUÍMICA

Cidadã VOLUME 1

PEQUIS – PROJETO DE ENSINO DE QUÍMICA E SOCIEDADE

ENSINO MÉDIO – QUÍMICA – 1-a série Wildson Luiz Pereira dos Santos (coord.) Professor Adjunto do Instituto de Química da UnB. Licenciado em Química pela Universidade de Brasília, mestre em Educação em Ensino de Química pela Unicamp e doutor em Educação em Ensino de Ciências pela UFMG.

Gerson de Souza Mól (coord.) Professor Adjunto do Instituto de Química da UnB. Bacharel e licenciado em Química pela Universidade Federal de Viçosa, mestre em Química Analítica pela UFMG e doutor em Ensino de Química pela Universidade de Brasília (UnB).

Siland Meiry França Dib Professora do Ensino Médio da Secretaria de Estado de Educação do Distrito Federal. Licenciada em Química pela Universidade Católica de Brasília (UCB) e mestre em Educação pela Universidade Católica de Brasília (UCB).

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

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

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

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

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

São Paulo – 2013 2ª- edição

MANUAL DO PROFESSOR


Título original: Química Cidadã – Volume 1 © Editora AJS Ltda, 2013 Editores: Arnaldo Saraiva e Joaquim Saraiva Projeto gráfico e capa: Flávio Nigro Pesquisa iconográfica: Cláudio Perez Produção editorial: Maps World Produções Gráficas Ltda Direção: Maurício Barreto Direção editorial: Antonio Nicolau Youssef Gerência editorial: Carmen Olivieri Coordenação de produção: Larissa Prado Edição de arte: Jorge Okura Editoração eletrônica: Alexandre Tallarico, Flávio Akatuka, Francisco Lavorini, Juliana Cristina Silva, Veridiana Freitas, Vivian Trevizan e Wendel de Freitas Edição de texto: Ana Cristina Mendes Perfetti Revisão: Adriano Camargo Monteiro, Fabiana Camargo Pellegrini, Juliana Biggi, Luicy Caetano e Thaís dos Santos Coutinho Pesquisa iconográfica: Elaine Bueno e Luiz Fernando Botter Ilustrações: AMJ Studio, José Yuji Kuribayashi, Osvaldo Sequetin e Paulo Cesar Pereira Ilustração da capa: Moacir Knorr Guterres (Moa)

Dados

Internacionais de Catalogação na Publicação (Câmara Brasileira do Livro, SP, Brasil)

(CIP)

Química cidadã : volume 1 : ensino médio : 1º série / Wildson Luiz Pereira dos Santos, Gerson de Souza Mól , (coords.) . -- 2. ed. -São Paulo : Editora AJS, 2013. -- (Coleção química cidadã) PEQUIS - Projeto de Ensino de Química e Sociedade. "Componente curricular: Química". Vários autores. Suplementado pelo manual do professor. Bibliografia 1. Química (Ensino médio) I. Santos, Wildson Luiz Pereira dos. II. Mól, Gerson de Souza. III. Série. ISBN:978-85-62482-85-4 (Aluno) ISBN:978-85-62482-86-1 (Professor)

13-06557

CDD-540.7 Índices para catálogo sistemático: 1. Química : Ensino médio

540.7

2013

Editora AJS Ltda. – Todos os direitos reservados Endereço: R. Xavantes, 719, sl. 632 Brás – São Paulo – SP CEP: 03027-000 Telefone: (011) 2081-4677 E-mail: editora@editoraajs.com.br


APRESENTAÇÃO A você, estudante Ingressar no Ensino Médio significa iniciar a etapa final de sua formação básica que lhe capacitará a ingressar no mercardo de trabalho, a participar da sociedade e a avançar em estudos superiores. Com essa formação, você terá uma base mais sólida para compreender a dinâmica do mundo, reivindicar seus direitos e atuar com ações positivas na construção de uma sociedade mais justa e igualitária. Para isso é que você precisa estudar Ciências, pois seu estudo nos fornece modelos que permitem a previsão de fatos, possibilitando intervenções que trazem melhor qualidade de vida. A Química engloba conhecimentos sobre produtos químicos e suas transformações, que têm permitido a humanidade lidar com as diversidades de sua existência. Participar da sociedade é ter o direito a ingressar em um mercado de trabalho que garanta os recursos materiais mínimos para uma vida digna. Para isso, são exigidos conhecimentos e habilidades que permitam uma atuação produtiva. Sem dúvida, o domínio dos princípios da matéria nos capacita para o exercício profissional com maior qualificação e potencial para auferir melhores salários. E esse domínio também nos qualificará para o progresso em estudos superiores. Com essas finalidades este livro foi escrito. O conhecimento científico por ele veiculado foi cuidadosamente selecionado para que você entenda os princípios do estudo das substâncias, dos materiais e de suas transformações. Fazemos uso de conceitos dos diversos campos da Ciência, sobretudo da Física e da Biologia, e trabalhamos com as ferramentas da Matemática para bem compreender a complexidade do mundo físico. Os autores deste livro, com larga experiência no ensino de Química, buscaram estratégias e conteúdos relevantes para sua formação como cidadão. Acreditamos que o Ensino Médio esteja mudando, assim como o Ensino Superior precisa de mudanças, selecionando estudantes que, mais do que o domínio de fórmulas, saibam resolver problemas desafiadores da existência da vida no planeta. As provas do Enem vêm se consolidando nesse processo de mudança, exigindo capacidade de leitura e interpretação. É com essa perspectiva que vamos prepará-lo com este livro. Isso tudo está exigindo um novo perfil de estudante. Entendemos que aprender Química não é simplesmente memorizar fórmulas, decorar conceitos e resolver exercícios. Aprender Química é entender como essa atividade humana tem se desenvolvido ao longo dos anos, como os seus conceitos explicam os fenômenos que nos rodeiam e como podemos fazer uso de seu conhecimento na busca de alternativas para melhorar a condição de vida do planeta. Com o propósito de formar um cidadão crítico, nos três volumes da coleção trataremos das relações entre a Química, as suas tecnologias, a sociedade e o ambiente. Neste primeiro volume, vamos estudar os materiais e as substâncias: suas propriedades, suas transformações e seus constituintes. Nesse estudo, veremos os modelos dos constituintes e as suas interações, bem como as suas proporções nas reações químicas. Estudaremos, ainda, o que é Química, seus vários campos de atuação e suas relações com as demais Ciências. Em nossa abordagem temática, daremos um enfoque à Química ambiental por meio de temas que demonstram os impactos da tecnologia química na sociedade e que possibilitam desenvolver ações que conciliem desenvolvimento tecnológico, qualidade de vida, preservação ambiental e justiça social. Para isso, precisamos compreender os problemas relacionados às mudanças climáticas que ameaçam a nossa existência e buscar uma mudança de atitude em relação ao consumismo, ao destino do lixo, à poluição atmosférica, ao uso indiscriminado de agrotóxicos e de produtos químicos. Estudaremos esses temas discutindo problemas sociais e atitudes para assegurar a vida das nossas e das futuras gerações. Esperamos que o início de seu aprendizado em Química seja muito prazeroso com essa nova abordagem. Um forte abraço.

Os autores


CONHEÇA SEU LIVRO Tema em foco Este livro é dividido em três Unidades, e em cada uma, abordamos um tema social, que contextualiza o conhecimento químico. Mesmo que o seu professor não tenha tempo de discutir os textos desses temas em sala de aula, mantenha-se informado lendo todas as informações contidas nas Unidades.

Debata e entenda Para buscar um mundo melhor é preciso aprender a participar dos debates sobre o nosso futuro. Neste livro, esperamos que você participe o tempo todo apresentando e defendendo suas ideias, além de ouvir e respeitar as de seus colegas. Aprenda a participar, tentando explicar tudo o que lhe é perguntado com as suas próprias palavras.

Pense Ao se deparar no texto com uma questão com o comando Pense, pare a leitura, reflita e tente responder antes de prosseguir. Procurar explicações e expressá-las com as próprias palavras ajuda a entender melhor o que está sendo ensinado, pois você pode comparar a sua ideia original com os novos conceitos que estão sendo introduzidos.

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

Ação e cidadania Os temas fazem parte de sua vida. Por isso, propomos atividades de Ação e cidadania com o objetivo de você conhecer a sua comunidade e procurar pensar em alternativas para seus problemas. Participe das atividades com espírito de cooperação, solidariedade, responsabilidade, respeito e tolerância à opinião do outro. Assim, você estará contribuindo para a construção de uma sociedade em que os interesses da coletividade estejam acima dos interesses individuais.

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

Atitude sustentável Em Atitude sustentável você encontra um rico conjunto de sugestões, cuidados e orientações para a prática da Cidadania, sobretudo no que se refere aos impactos ambientais, nos quais estão envovidos diversos conceitos estudados em nosso curso de Química.

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

Ao terminar o estudo de cada capítulo, faça uma revisão de tudo que aprendeu. Para isso, verifique ao final do capítulo, na seção O que aprendemos neste capítulo, se você compreendeu claramente todos os conceitos ali apontados, revendo no capítulo as explicações que foram fornecidas na sua apresentação.


SUMÁRIO UNIDADE 1 Consumo sustentável . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 CAPÍTULO 1

Tema em foco TRANSFORMAÇÕES E PROPRIEDADES DAS SUBSTÂNCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 • Reutilizar e reciclar: Retornando o material ao ciclo útil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 1. Transformações químicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2. Química, tecnologia e sociedade. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 3 3. Propriedades das substâncias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 CAPÍTULO 4. Identificação das substâncias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 CONSTITUINTES DAS SUBSTÂNCIAS, QUÍMICA E CIÊNCIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 Tema em foco 1. Da Alquimia à Química . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 • Consumismo: mal do século XXI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2. Conhecimento científico e senso comum . . . . . . . . . . . 79 3. Constituintes da matéria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 4. A Química e sua linguagem. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

CAPÍTULO 2

MATERIAIS E PROCESSOS DE SEPARAÇÃO . . . . . . . . . . . . 42 Temas em foco 1. Materiais e substâncias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 • Lixo: tratamento e disposição final . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 2. Processos de separação de materiais . . . . . . . . . . . . . . . . 54 • Em busca do consumo sustentável . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

UNIDADE 2 Poluição atmosférica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 CAPÍTULO 4

CAPÍTULO 5

ESTUDOS DOS GASES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 1. Medidas, fenômenos e modelos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 2. Grandezas do estado gasoso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 3. Propriedades dos gases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 4. Leis dos gases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 5. Lei geral dos gases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 6. Teoria cinética dos gases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138

MODELOS ATÔMICOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 1. Modelos e teorias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 2. Modelo atômico de Dalton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 3. Modelo atômico de Thomson. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 4. Modelo atômico de Rutherford . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 5. O átomo e suas partículas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 6. Modelo atômico de Bohr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 7. Modelo quântico para o átomo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 8. Configuração eletrônica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175

Tema em foco • Poluição atmosférica e aquecimento global. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

Temas em foco • Camada de ozônio e radiação solar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 • Mercado de carbono! O que é isso? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166


UNIDADE 3 Agricultura

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CAPÍTULO 6

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CAPÍTULO 8

CLASSIFICAÇÃO SUBSTÂNCIAS PERIÓDICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 INORGÂNICAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258 1. Elementos químicos: síntese, 1. Interações entre constituintes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258 descoberta e simbologia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192 2. Forças intermoleculares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266 2. Breve histórico da classificação 3. Substâncias inorgânicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272 dos elementos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 4. Ácidos e bases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272 3. Classificação moderna dos 5. Teorias de ácidos e bases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283 elementos químicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202 6. Nomenclatura de 4. A Lei Periódica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 ácidos e bases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286 5. Propriedades periódicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 7. A neutralização de ácidos e bases – sais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290 Tema em foco 8. Óxidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308 • Química e agricultura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184

CAPÍTULO 7 LIGAÇÕES QUÍMICAS . . . . . . . 218 1. Ligação iônica . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 2. Regra do octeto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231 3. Representação das substâncias iônicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 4. Ligação covalente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237 5. Tipos de ligação covalente . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238 6. Fórmula estrutural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240 7. Constituintes moleculares e amoleculares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 8. Representação geométrica das moléculas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247 9. Polaridade das moléculas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250 10. Ligação metálica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253 Tema em foco • Produção de alimentos e ambiente: faces da mesma moeda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218

Tema em foco • Agricultura sustentável: opção inteligente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302 Gabarito . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315 É bom ler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316 Bibliografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317 Tabela periódica dos elementos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319 Segurança no laboratório . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320


Química cidadã


UNIDADE

Renato Velasco/Prensa Três

Consumo sustentável

O artista plástico Sérgio Luiz Cezar, que utiliza vários materiais encontrados no lixo para fazer maquetes.

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Como conciliar desenvolvimento, qualidade de vida, distribuição de renda, justiça social e preservação ambiental? Capítulo 1 Transformações e propriedades das substâncias 1. Transformações químicas 2. Química, tecnologia e sociedade 3. Propriedades das substâncias 4. Identificação das substâncias

Capítulo 2 Materiais e processos de separação

Capítulo 3 Constituintes das substâncias, Química e Ciência

Divulgação

1. Materiais e substâncias 2. Processos de separação de materiais

1. Da Alquimia à Química 2. Conhecimento científico e senso comum 3. Constituintes da matéria 4. A Química e sua linguagem

Temas em foco: • • • •

Consumismo: mal do século XXI Reutilizar e reciclar: retornando o material ao ciclo útil Lixo: tratamento e disposição final Em busca do consumo sustentável

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Capítulo 1 TRANSFORMAÇÕES E PROPRIEDADES DAS SUBSTÂNCIAS

TRANSFORMAÇÕES E PROPRIEDADES DAS SUBSTÂNCIAS Como identificamos uma reação química? Transformação sustentável do planeta

Tema em foco CONSUMISMO: MAL DO SÉCULO XXI

Kurhan

/Dream

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Associada ao processo de lançamento de novos produtos está a preocupação com a estética. Muitas vezes, a única mudança que o produto ganha é a embalagem. Talvez você ainda tenha alguns desses modelos de celulares em casa guardados em algum lugar. Será que nenhum deles pode ser usado? Será que o modelo que não tenha câmera fotográfica de três megapixels, MP10, TV etc. não serve mais como um aparelho de celular?

Fotos: Hely Demutti

stime

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

Hely Demutti

A palavra “desperdício” pode ser entendida em vários contextos e podemos defini-la como “o que é gasto sem proveito”. Isso tem relação com os valores consumistas da sociedade industrializada em que vivemos. No início do século XX, a indústria tinha como meta buscar novos mercados para seus produtos, abastecendo-os e crescendo. Logo, os produtos deveriam ser bons, duráveis e baratos. Mas, com o tempo, os consumidores já tinham os produtos e não precisavam mais comprá-los. A solução para a indústria foi lançar no mercado novos produtos, mais modernos, com novos designs, com novas funções, tornando os anteriores obsoletos e fora de moda. Hipermercados, centros de compras, feiras, shoppings, cada dia novas possibilidades, sofisticados, elegantes e reluzentes. Cada vez mais, verifica-se a existência de mais e mais prateleiras com uma variedade crescente de produtos. Quantas marcas de detergentes sintéticos existem? Quantos diferentes tipos de automóveis, celulares, câmeras digitais, equipamentos domésticos? Para ganhar o mercado, cada indústria lança um novo tipo de produto acrescentando novidades para o consumidor, como diferentes odores, embalagens, consistências, aspectos, funções e recursos etc.


CAPÍTULO

A estrutura econômica hoje, na qual estamos inseridos, se organiza de modo a favorecer o aumento do consumo, que concorre para a criação de um modelo de economia fundamental para o desenvolvimento econômico do país. Mas, se o consumo assumir uma dinâmica progressiva de crescimento, aonde vamos parar? A ideia dominante do ponto de vista econômico é a de que o crescimento está alicerçado no aumento contínuo da produção e do consumo de bens e serviços, reconhecidos como meios de promover a prosperidade e a qualidade de vida para o maior número possível de pessoas. Isso se fundamenta no modelo de desenvolvimento contínuo da ciência e tecnologia, que para muitos implica desenvolvimento social. No entanto, sabe-se que nem sempre o desenvolvimento econômico acarreta desenvolvimento social. Atualmente, com o processo de globalização, o que ocorre é a concentração de riqueza e o aumento da pobreza. Essa ordem de crescimento não é sustentável a médio e longo prazo. A atual dinâmica de consumo desenfreado tem provocado a destruição em larga escala da natureza em um ritmo superior ao que o planeta pode se ajustar. A Terra já dá sinais de que o preço a ser pago com esse descontrole será altíssimo. Há indícios de que a área terrestre e marinha necessária para regenerar o ambiente natural e dispor os resíduos gerados pelo ritmo de consumo em vigor já ultrapassa a área da superfície terrestre. O presente modelo econômico introduziu o que chamamos consumismo, que significa a expansão da cultura do “ter” em detrimento da cultura do “ser”. O estilo de vida norte-americano provocou a expansão do consumo, que, estimulado pelas forças do mercado, da moda e da propaganda, se transformou em compulsão. Tal dinâmica influenciou a personalidade social. Na cultura do consumo, os indivíduos passaram a ser reconhecidos, avaliados e julgados pelo que consomem, vestem e calçam, pelo carro e celular exibidos em público. Isso chegou a tal ponto que até felicidade e qualidade de vida passaram a ser avaliadas por muitos com base no que o indivíduo consome. Podemos dizer que o consumo é necessário, afinal precisamos manter nossas necessidades básicas de sobrevivência. Entretanto, existem dificuldades em se diferenciar consumo e consumismo, o limite entre necessidades básicas e supérfluas relacionam-se com características culturais das sociedades.

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Pense Para você, o que significam necessidades básicas e necessidades supérfluas?

É difícil estabelecer a diferença entre consumo e consumismo, pois o que é básico para alguns pode ser supérfluo para outros. Podemos dizer que consumo é a utilização de bens e serviços para satisfazer necessidades individuais e coletivas. Somos consumidores de alimentos, água, energia elétrica, transporte etc. O consumismo, por sua vez, está associado ao consumo supérfluo e inconsciente, sob influência de empresas, grupos e políticas públicas e privadas diversas. Consumismo é o consumo extravagante. É o consumo além do necessário para se ter um bem-estar individual, grupal e social. Isso é percebido durante o processo da compra. Associadas com o consumo além das necessidades naturais, existem três espécies de compra: a não planejada (feita em virtude da pressão do tempo ou por lembrar-se de comprar ao ver exposto), a impulsiva (súbita vontade de comprar algo que não estava nos planos) e a compulsiva (compras em excesso em resposta a sentimentos de tensão, ansiedade, aborrecimentos, autoestima etc.). Muito do que é comprado pelas pessoas é para atender à vontade momentânea de compra e não para atender a alguma necessidade real. Esse tipo desnecessário de compra caracteriza o consumista patológico.

AMj Studio

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TRANSFORMAÇÕES E PROPRIEDADES DAS SUBSTÂNCIAS

TRANSFORMAÇÕES E PROPRIEDADES DAS SUBSTÊNCIAS AMj Studio

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

No entanto, o consumismo pode causar má qualidade de vida às pessoas. Uma mania que prejudica o bem-estar de um ser humano é a oniomania (impulso compulsivo de comprar), considerada psicopatológica. Outro fator que afeta a qualidade de vida é o conhecido “mal do século XXI”, ou seja, o tecnoestresse – ansiedade diária, nervosismo e cansaço por excesso de informações por meio da utilização de computadores, notebooks, celulares e outros. Existem pessoas que querem ter produtos tecnológicos de última geração e ficam ansiosas para adquiri-los. Para fabricantes, publicitários, mídia e comerciantes, esse tipo de indivíduo é essencial aos seus negócios. E para o planeta, será um bom negócio? Sem dúvida, a publicidade é um meio eficiente para tornar um bem de consumo conhecido. No entanto, como ela atende a interesses da indústria e do comércio, busca artifícios para atingir pontos vulneráveis do consumidor – vaidade, desejo, gosto e outros. As mulheres das propagandas de cosméticos são muito bonitas, atraentes, magras – parecem ideais. E quando a mídia explora produtos de limpeza, parece que estamos vivendo em uma casa modelo, brilhando e com mobílias novas. Já a imagem do homem é, geralmente, a de pessoa viril, simpática, alinhada, com carro esportivo etc. Infelizmente, existem grupos publicitários que produzem propagandas enganosas ou abusivas, explorando a credibilidade dos consumidores. Nesse caso, como bons cidadãos, devemos denunciá-los à Procuradoria de Proteção e Defesa do Consumidor (Procon) ou ao Ministério Público, pois essa prática é proibida pelo Código de Defesa do Consumidor. Para mudar essa situação, a sociedade precisa ter clareza de que o consumo desenfreado e a mentalidade de utilizar produtos descartáveis representam uma ameaça à presente e às futuras gerações. É preciso aprender a cuidar adequadamente do planeta Terra. É necessário mudar nossos hábitos e nos tornar mais críticos em relação à publicidade. Precisamos aprender a avaliar não só o custo financeiro de um bem, mas também seu custo ambiental e social. Porém o fundamental, e talvez o mais difícil, é consumir apenas o necessário, sem extravagância.

Debata e entenda

FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

1. O texto fez referências ao “consumo compulsivo”, existente na sociedade moderna e tecnológica. Quais são os aspectos éticos que devem ser discutidos no contexto da sociedade de consumo? 2. Discuta em sala de aula situações do dia a dia em que o consumismo prejudica a qualidade de vida do ser humano. 3. Discuta com os colegas a afirmação “O consumo é fundamental para o desenvolvimento econômico de um país”. 4. O desperdício é um fator que deve ser evitado para a manutenção da economia de empresas, residências, indústrias e vários outros espaços da sociedade; diversos fatores também estão relacionados ao desperdício, como a poluição ambiental, intoxicações etc. Observando o dia a dia de sua casa e de sua escola, cite alguns exemplos de desperdícios e como se pode combatê-los. 5. Ainda com relação ao desperdício, dê uma olhada detalhada na despensa de sua casa e faça uma pequena lista, apenas para não esquecer, dos produtos que você utiliza no cotidiano. Em sala de aula, discuta com os colegas, num grande grupo, as questões abaixo e depois comente os resultados com a família: a) que produtos poderiam ser retirados da lista de compras de sua casa sem maiores prejuízos? b) que produtos poderiam ser substituídos por outros com o mesmo efeito gerando menor impacto ambiental? 6. Debata com os colegas como a expansão da cultura do “ter” em detrimento da cultura do “ser” afeta (influencia) o seu relacionamento com os amigos e com a família.

12


CAPÍTULO

1 TRANSFORMAÇÕES QUÍMICAS

A

Química está intimamente relacionada ao consumo da sociedade atual por possibilitar a produção de novos bens de consumo. Para isso, é fundamental compreendermos como são desenvolvidos novos materiais e como se mudam as propriedades dos já existentes. A Química também nos ajuda a compreender melhor as consequências ambientais do alto consumo humano. A partir daí, podemos pensar em ações para melhorar as condições de vida na Terra por meio da economia de energia e matéria-prima e da diminuição das consequências do descarte do lixo em diferentes ambientes.

1 2 3 4 5

Pense

6

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

7 8

Com o passar do tempo, o lixo sofre uma série de transformações. Muda de cor, de cheiro e de aparência. Um bom exemplo dessas transformações é a degradação de restos de alimentos. Não há dúvida de como as características de um alimento mudam quando descartado. Identificar as transformações que acontecem com os materiais é parte fundamental da Química. Para aprendermos como isso pode ser feito, vamos realizar as atividades abaixo. Os cientistas denominam os objetos ou os processos que estão sendo estudados de sistemas, e as características e propriedades que os sistemas apresentam, de estado do sistema. Portanto, a evidência de uma transformação está na mudança de estado do sistema. O conjunto de características anteriores à transformação é denominado estado inicial do sistema e o conjunto de características posterior à transformação é denominado estado final do sistema.

Atividades 1. Cite cinco exemplos de transformações de materiais que ocorrem na natureza. 2. Reproduza a tabela abaixo no caderno, relacionando, como no exemplo, as transformações que você identificou acima com características que permitam a identificação. IDENTIFICAÇÃO DE TRANSFORMAÇÕES Ordem

Termo anterior

Valor do termo

2

1

1+2=3

3. Você poderia dizer se na queima e no corte de uma folha de papel ocorrem transformações do mesmo tipo? Justifique.

Qual é a diferença entre as transformações sofridas por alimentos e a transformação ocorrida em uma lata ao ser amassada?

Hely Demutti

Pense

Iguais ou diferentes? O que você acha?

13


TRANSFORMAÇÕES E PROPRIEDADES DAS SUBSTÂNCIAS

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

Química Q uímica na escola

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

Hely Demutti

Como sabemos que ocorreu uma reação química? Nesse experimento, você fará uma série de testes com o objetivo de observar ocorrências que permitam a identificação de reações químicas. Faça os testes em grupo. Se necessário, os tubos de ensaio podem ser substituídos por pequenos frascos de vidro transparentes, como aqueles usados para acondicionar medicamento injetável. O uso de equipamentos de segurança é fundamental no trabalho do químico em laboratório.

Materiais • • • • • • • •

5 tubos de ensaio conta-gotas estante para tubos de ensaio pinça de madeira lamparina água gelo açúcar

• solução de hidróxido de sódio (NaOH)

0,1 mol/L (pode-se usar 1 colher de café de soda cáustica para 0,5 litro de água) • vinagre branco • 1/4 de comprimido efervescente • solução de fenolftaleína, 10 g/L (pode-se usar 1 colher de café para 100 mL de álcool etílico comercial)

Procedimento 1. Numere os tubos de ensaio de 1 a 5. 2. Reproduza no caderno a tabela apresentada a seguir e complete-a ao realizar cada teste. DADOS DE DESCRIÇÃO DO ESTADO DO SISTEMA Tubo

Estado inicial

Estado final

Observações

1

zzzzzzzz zzzzzzzz zzzzzzzz

zzzzzzzzz zzzzzzzzz zzzzzzzzz

zzzzzzzzzzzzzzzzz zzzzzzzzzzzzzzzzz zzzzzzzzzzzzzzzzz

2 3

14


CAPÍTULO

3. Em cada tubo, adicione os materiais indicados nos itens seguintes e observe as propriedades que os caracterizam (cor, estado de agregação, forma de apresentação, odor). Essas propriedades devem ser anotadas na coluna “estado inicial” da tabela.

1

4. Após a realização dos procedimentos indicados, observe novamente as propriedades dos materiais e anote-as na coluna “estado final”. 5. Observe atentamente se houve mudança de cor, liberação de gás, exalação de odor, aparecimento de um novo estado de agregação, mudança de temperatura ou outras alterações e anote-as na coluna das “observações”.

2 3 4

6. No tubo 1, coloque um fragmento de gelo e observe ao final de todos os testes. 7. No tubo 2, coloque um pouco de água e ¼ do comprimido efervescente. Observe.

5

8. No tubo 3, coloque água e aqueça. Observe.

6

9. No tubo 4, coloque um pouco de açúcar e água e misture. Observe.

7 8

10. No tubo 5, adicione 1 mL (20 gotas) de solução de hidróxido de sódio (NaOH) e algumas gotas de fenolftaleína. Observe. Guarde este tubo para o próximo teste. 11. No tubo 5, goteje o vinagre branco. Observe. 12. O restante das soluções de hidróxido de sódio e fenolftaleína deve ser acondicionado em embalagens limpas, fechadas e devidamente rotuladas, para reutilização em outras atividades práticas.

Destino dos resíduos 1. Os resíduos dessa atividade podem ser descartados no sistema de coleta de esgoto. 2. No tubo 5, deve-se adicionar vinagre até que a cor da fenolftaleína desapareça por completo antes de descartar seu conteúdo.

Análise de dados 1. Considerando os fenômenos observados, indique em quais dos procedimentos realizados houve indícios de formação de novas substâncias. Justifique a resposta. 2. Procure relacionar as transformações observadas com outras situações da sua vida diária.

A todo instante ocorrem transformações à nossa volta. Você já viu que muitas dessas transformações são processos físicos, como o ocorrido quando uma lata de alumínio é prensada, que não mudam a natureza do material. Mas pegue uma lata de ferro sem pintura e deixe-a alguns dias em ambiente úmido para ver o que acontece. Ela será oxidada, ou seja, enferrujará. A ferrugem é uma substância que tem propriedades bem diferentes do metal original. Ou seja, no enferrujamento há formação de novas substâncias. As transformações desse tipo são chamadas transformações químicas ou reações químicas. Podemos dizer, então, que:

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Transformações químicas são processos em que há formação de novas substâncias. As substâncias iniciais são chamadas reagentes e as substâncias formadas são chamadas produtos. A característica central das reações químicas está na formação de novas substâncias. Isso acontece em nosso corpo o tempo todo. A partir dos nutrientes contidos nos alimentos ingeridos, ele produz diversas substâncias que farão parte da constituição de nossas células. Outras reações químicas estão presentes no cotidiano: no cozimento dos alimentos, na queima de combustíveis, na produção ou degradação de materiais dos mais diversos etc.

Na reação do ferro com o oxigênio, surge uma nova substância: o óxido de ferro (ferrugem).

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TRANSFORMAÇÕES E PROPRIEDADES DAS SUBSTÂNCIAS

É por meio de reações químicas que obtemos diferentes materiais a serem utilizados em nossas atividades. É também a partir das reações químicas que adquirimos energia para diferentes atividades como transporte, preparação de alimentos e até mesmo realização de outras reações químicas. No entanto, a partir dessas transformações que realizamos no planeta, diminuímos as quantidades das substâncias utilizadas como reagentes e aumentamos as quantidades das que originam os produtos. Como diminuimos as quantidades de determinadas substâncias e materiais e aumentamos as quantidades de outras, podemos dizer que estamos mudando o estado do planeta. Quais as consequências dessa mudança de estado global? Embora haja muitas previsões, especulações e até mesmo constatações, não sabemos ao certo o que pode acontecer. Daí a necessidade urgente de reduzirmos o ritmo dessas transformações. Por isso, entre outros motivos, o estudo da Química é fundamental em nossas vidas. Afinal, vivemos em uma sociedade tecnológica em que a quase totalidade dos materiais utilizados é obtida por meio de processos químicos. Vamos, a seguir, estudar um pouco como a Química está inserida nesse mundo tecnológico.

2 QUÍMICA, TECNOLOGIA E SOCIEDADE Pense Em nossa vida diária, é muito comum ouvirmos os termos “tecnológico” e “tecnologia”. Para você, o que significam?

D

Catwalker/Shutterstock

Todas as tecnologias mais avançadas, como a robótica, são derivadas de conhecimentos da estrutura dos materiais.

a mesma maneira que podemos dizer que a Química começou a se desenvolver a partir de técnicas primitivas de domínio do fogo, é possível considerar que a tecnologia nasceu quando o ser humano descobriu que podia fazer ferramentas a partir de diferentes materiais, tais como paus, ossos e pedras. Modernamente, o conceito de tecnologia está associado ao conhecimento especializado para produzir e aprimorar bens de consumo (alimentos, roupas, cadeiras, televisores etc.), mercadorias (produtos químicos, ferramentas, máquinas etc.) e serviços (tratamento odontológico, construção civil etc.), geralmente em processos industriais que envolvem máquinas e grandes organizações. Essa tecnologia moderna teve desenvolvimento acelerado após a Revolução Industrial, por causa da introdução de novos modelos de produção e de exploração da natureza. Esses modelos foram, pouco a pouco, substituindo o trabalho dos artesãos. A troca gradativa do trabalho humano pela máquina reduziu custos e aumentou a produção. Esperava-se que a industrialização diminuísse o tempo de trabalho humano, liberando as pessoas para desenvolver mais atividades culturais e de lazer. Será que tudo isso aconteceu? O que você acha? Por quê? De fato o modelo tecnológico atual tem uma contradição: ao mesmo tempo que contribui para a melhoria da qualidade de vida também traz diversos problemas para a sociedade. Ao longo desta coleção, discutiremos uma série de questões relativas a esse modelo de desenvolvimento e as relações entre a Ciência Química e nossa sociedade. Veja um pouco mais sobre a tecnologia.

Tecnologia: fruto da Ciência e da sociedade O conhecimento tecnológico e o científico são intimamente ligados. Com o avanço do conhecimento acerca da estrutura dos materiais, por exemplo, é possível gerar todo um aparato tecnológico para processar informações por meio de máquinas incríveis, conhecidas como computadores.

16


CAPÍTULO 1

ENIAC Museum, SEAS, UP

2

Jagadeesh NV/Corbis/Latinstock

3 4 5 6 7 8

Todo esse desenvolvimento tecnológico surgiu devido, entre outros fatores, às novas necessidades humanas e está associado também ao desenvolvimento científico. A partir, por exemplo, do conhecimento das propriedades dos materiais foi possível produzir novos produtos químicos com uma infinidade de aplicações na medicina, na agricultura, na engenharia e até mesmo em nossas residências. A grande quantidade de produtos que surge diariamente, por sua vez, tem sido projetada conforme as exigências de consumo da população. Muitas vezes, porém, em vez de a sociedade determinar quais são os bens de consumo (mercadorias e serviços) de seu interesse, as próprias empresas criam, por meio da mídia, necessidades de consumo de produtos os quais poderiam ser considerados supérfluos e que são consumidos como se fossem essenciais. Pode-se dizer que a Ciência avança também em função das necessidades geradas pela sociedade. Muitas pesquisas se desenvolvem na tentativa de solucionar problemas sociais, como a aids, a desnutrição, a falta de energia, a poluição etc. Por sua vez, o aperfeiçoamento tecnológico contribui para o desenvolvimento da Ciência. Cálculos que os cientistas, às vezes, levavam dias para realizar, atualmente, graças aos computadores, são feitos em alguns minutos. Esses mesmos computadores permitem que os químicos da atualidade projetem e modelem materiais pulando diversas etapas antes feitas em bancadas de laboratórios. A Ciência, a tecnologia e a sociedade têm caminhado na busca de soluções de grandes problemas. No entanto, as transformações geradas também têm provocado consequências desastrosas ao equilíbrio no planeta.

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

Hely Demutti

Alexandr Steblovskiy/Dreamstime

Hoje, todos dependem do computador. O trânsito das grandes cidades, os caixas de supermercados, a contagem de votos em uma eleição, as transmissões de TV e até mesmo o fornecimento de água e luz são exemplos de atividades controladas por computadores. Enfim, os computadores provocaram uma verdadeira revolução na vida das pessoas: mudaram hábitos, relações de trabalho nas empresas, relacionamento humano e até formas de lazer.

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

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A Química na sociedade Pense

O desenvolvimento da agroindústria associado ao uso de maquinários especiais aumentou a produtividade agrícola, mas trouxe também sérios problemas ambientais.

Hely

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

A vida em si já é um fantástico processo químico, no qual transformações de substâncias nos permitem andar, pensar, sentir, viver. As diversas sensações biológicas, como dor, cãibra e apetite, e as diversas reações psicológicas, como medo, alegria e felicidade, estão associadas com as substâncias presentes no organismo. O nosso corpo é um verdadeiro laboratório de transformações químicas. Estudar Química possibilita-nos compreender não só os fenômenos naturais, mas também entender o complexo mundo social em que vivemos. A Química tem garantido ao ser humano uma vida mais longa e confortável. O seu desenvolvimento permite a busca para solução de problemas ambientais, o tratamento de doenças antes incuráveis, o aumento da produção agrícola, a construção de prédios mais resistentes, a produção de materiais que possibilitam a confecção de novos equipamentos etc.

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

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

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

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Picsfive / Dreamstime

Juca Varella/Folha Imagem

TRANSFORMAÇÕES E PROPRIEDADES DAS SUBSTÂNCIAS

Debata com os colegas os efeitos da Química na sociedade. Vocês acham que ela deve ser vista como causadora dos problemas ambientais?


Um novo remédio contra o diabetes

A moda do cabelo liso popularizou um tratamento conhecido como escova progressiva, que pode provocar problemas graves e inclusive a morte, se o tratamento incluir produtos à base de formol, um produto tóxico que provoca câncer, lesões nos olhos, pele, ferimentos nas vias respiratórias, edema pulmonar, pneumonia, reação alérgica, além de debilitação da visão e aumento do fígado…

Vem do Rio Grande do Sul o mais recente alento para quem luta contra o diabetes tipo 2, que atinge 15% da população mundial acima de 65 anos. Depois de 10 anos de estudos, um químico gaúcho desenvolveu um novo medicamento para combater a enfermidade. O remédio, que promete revolucionar o tratamento da doença, tem como base uma substância especial chamada resveratrol, encontrada na uva, no suco da fruta e no vinho tinto…

Notícia extraída do jornal Diário da Amazônia, 2 jul. 2009.

CAPÍTULO

Anvisa proíbe formol nos salões de beleza

11 22 33 44 55 66 77 88

Notícia extraída do jornal Zero Hora, 21 jun. 2009.

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

Exercícios

Fatos como o listado acima têm feito um mal danado à reputação da Química, quando deveriam apenas alertar para sua má utilização. Essa imagem tem sido tão forte que, muitas vezes, as pessoas não dão importância para as notícias positivas, como a apresentada acima, que também são frequentemente veiculadas na imprensa. Por exemplo, todos conseguem se lembrar com facilidade do acidente radioativo com o césio-137, mas poucos se recordam das milhares de pessoas que tiveram a vida prolongada graças ao tratamento com césio-137.

FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

1. Classifique os testes que você fez no experimento an-

3. Classifique as possíveis transformações, apresentadas

terior, em Química na escola, em função da transformação ocorrida, como química ou física.

a seguir, em físicas ou químicas: a) sobras de alimentos transformados em adubo; b) garrafas de vidro reutilizadas para acondicionar novos materiais; c) frascos de vidro reciclados para obtenção de novos frascos e garrafas; d) reciclagem de latas de alumínio; e) queima de madeira em uma fogueira.

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

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4. Com relação às transformações acima, em qual(is) você pode afirmar que houve a formação de novas substâncias? Justifique a resposta. TRANSFORMAÇÕES E PROPRIEDADES DAS SUBSTÂNCIAS

5. A todo instante estão ocorrendo transformações à nossa volta. Dê exemplos de outras reações químicas que você identifica no dia a dia, além das citadas na questão 3.

6. Os efeitos maléficos do lixo podem ser classificados por: a) agentes físicos: caso do lixo acumulado às margens de curso-d’água ou de canais de drenagem e em encostas, provocando assoreamentos e deslizamentos; b) agentes químicos: poluição atmosférica causada pela queima de lixo a céu aberto, a poluição do solo e a contaminação de lençóis-d’água por substâncias presentes no lixo. Com base no conceito de transformação física e química, diferencie os agentes físicos dos químicos.

7. Classifique os processos a seguir em físico e químico e justifique. a) Produção siderúrgica de aço com base no minério de ferro. b) Produção de peças de automóveis com base no aço fabricado em metalúrgicas.

8. A Química está tão presente na vida humana, que é difícil imaginar a vida sem ela. Os produtos químicos têm inúmeras aplicações, entre as quais se ressalta fabricação dos computadores, que constituem a revolução dos tempos atuais. Considerando a presença da Química no cotidiano, julgue os itens a seguir, marcando C para os corretos e E para os errados. 1) Apesar dos benefícios que os produtos químicos trazem para a indústria, deve-se evitar a ingestão de quaisquer deles. 2) Um aquário com muitos peixes deve ter sua água borbulhada com ar para repor o oxigênio que os peixes consomem. Nesse sistema, ocorrem tanto transformações físicas como químicas. 3) Um produto alimentício considerado natural sofre somente transformações físicas para ser produzido.

9. O estudo central da Química baseia-se nas reações químicas. Por isso, dizemos que a Química é a Ciência que estuda as transformações das substâncias. O grande desafio do químico está em desenvolver métodos de obtenção de novas substâncias que possam, entre outras coisas, propiciar a fabricação de materiais para reduzir o tempo de trabalho das pessoas ou melhorar sua qualidade de vida. Com relação às transformações das substâncias, julgue os itens marcando C para os corretos e E para os errados.

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1) A palha de aço úmida, com o passar do tempo, de acinzentada torna-se avermelhada, o que indica a ocorrência de um fenômeno químico. 2) Uma lata de alumínio, depois de amassada e descartada, enferruja com o passar do tempo, pois sofre uma transformação física. 3) O nosso organismo sintetiza, com base em substâncias contidas nos alimentos ingeridos, milhares de outras substâncias que vão fazer a constituição das nossas células. Essas transformações são certamente químicas. 4) O papel é um material reciclável. Devido a algumas facilidades desse processo, papelão, papéis de todo tipo e de toda cor podem ser reciclados. A mudança de cor desses materiais nas etapas de reciclagem é uma transformação química.

10. (UnB-DF) Julgue os itens a seguir, marcando C para os corretos e E para os errados. 1. As reações químicas são definidas como processos artificiais. 2. As reações químicas em um sistema podem ser identificadas pela mudança de propriedades físicas desse sistema. 3. A transformação química é caracterizada pela impossibilidade de se obter novamente os materiais iniciais.

11. O uso da palavra “tecnologia” é cada vez mais comum em nosso dia a dia. O que você entende por tecnologia?

12. Como a Ciência influencia a tecnologia? 13. Como os computadores mudaram os hábitos das pessoas, as relações de trabalho nas empresas, o relacionamento humano e as formas de lazer?

14. Procure lembrar-se de exemplos de descobertas químicas que alteraram os hábitos de vida das pessoas.

15. O desenvolvimento da Química permitiu um aumento da expectativa e da qualidade de vida das pessoas. Por que então dois terços da população do planeta estão sujeitos a doenças, cujo controle já é de domínio da Ciência, moram em residências sem as condições mínimas de habitação e não têm acesso à alimentação mínima exigida pelos padrões de saúde?

16. Comente sobre os eventos que seriam os responsáveis pelos problemas ambientais decorrentes do uso da Química.

17. Procure artigos de revistas ou de jornais que contenham informações que ilustrem a presença da Química na sociedade e prepare cartazes para montar um mural na sala de aula.


CAPÍTULO

3 PROPRIEDADES DAS SUBSTÂNCIAS

A

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

1 2 3 4 5 6 7 8

Atividades Hely Demutti

Hely Demutti

Observe os pares de materiais apresentados nas fotos a seguir. Quais são as diferenças? Copie no caderno a tabela a seguir e, com base em suas análises, complete-a:

Hely Demutti

Sal e açúcar.

Hely Demutti

Água e álcool.

Objetos de alumínio e de cobre.

Anéis de ouro e de prata.

DIFERENÇA VISUAL ENTRE MATERIAIS Materiais

Diferença

Álcool e água

Não há.

zzzzzzzzzzzzz zzzzzzzzzzzzz

zzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzz zzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzz 21


Propriedades químicas e físicas TRANSFORMAÇÕES E PROPRIEDADES DAS SUBSTÂNCIAS

Os materiais apresentados na tabela da atividade anterior podem ser diferenciados por meio de propriedades que percebemos utilizando os sentidos. Assim, podemos distinguir um anel de ouro de um de prata simplesmente pela cor. Para isso, utilizamos a visão. Podemos distinguir a água do álcool utilizando o olfato. E qualquer criança é capaz de diferenciar o açúcar do sal colocando uma pitada de cada um deles na boca, ou seja, por meio do paladar. Podemos, ainda, descobrir se um objeto é de alumínio ou de aço inox pelo brilho característico deste último. Essas propriedades percebidas pelos sentidos são chamadas propriedades organolépticas.

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

Apesar de bastante úteis, as propriedades organolépticas nem sempre podem ser aplicadas pelo químico, pois muitos materiais são potencialmente tóxicos. Por isso, preste atenção:

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

Hely Demutti

Hely Demutti

NUNCA cheire nem coloque na boca materiais de laboratório. Eles podem ser tóxicos e prejudiciais à saúde.

A efervescência é um exemplo de propriedade química.

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Em um laboratório, todo cuidado é pouco. Mesmo substâncias conhecidas, como o açúcar, podem estar contaminadas com substâncias tóxicas. No dia a dia, também devemos tomar muito cuidado com substâncias desconhecidas. Como não sabemos se são tóxicas, não devemos tocá-las, cheirá-las ou prová-las. Nos laboratórios, os químicos utilizam as propriedades químicas ou físicas, e não as organolépticas, para identificar as substâncias. As propriedades químicas são aquelas relacionadas com as transformações químicas das substâncias, ou seja, que são observadas e medidas quando comparadas com outras substâncias. Uma substância pode ser, por exemplo: • combustível – o álcool reage com o oxigênio do ar; a água, não; • oxidável – uma barra de ferro oxida em contato com a umidade; muitas frutas oxidam ao contato com o ar. Uma joia de ouro praticamente não oxida; • explosiva – o gás hidrogênio pode explodir; o gás nitrogênio, não; • corrosiva – ácidos corroem metais; óleos, não; • efervescente – o mármore libera gás quando em contato com ácido clorídrico, o quartzo não. Já as propriedades físicas dizem respeito a características inerentes às substâncias, ou seja, características particulares que independem de transformação em outra substância. A densidade, a cor, as temperaturas de fusão e de ebulição e a condutividade térmica ou elétrica são alguns exemplos de propriedades físicas. Lembramos que nem todas as propriedades permitem a identificação de substâncias. Algumas propriedades são comuns a diferentes materiais e, por isso, são denominadas propriedades gerais. Por exemplo, massa e volume são duas propriedades intrínsecas da matéria e que não diferenciam um material de outro. Em outras palavras, não se pode


CAPÍTULO

identificar um material pela informação de que ele tem massa de 1 quilograma ou o volume de 1 litro. Esse aspecto não identifica de que material se trata, pois qualquer substância pode ter essa massa ou esse volume. Vale lembrar que a uma propriedade (característica) de algo do universo físico que pode ser medido chamamos grandeza.. Como massa e volume são propriedades que podem ser medidas, são chamadas grandezas. A medida de massa, por exemplo, é feita com o auxílio de balanças. É o que fazemos, por exemplo, quando subimos em uma balança de farmácia: compara-se a quantidade que se tem de matéria em relação a um padrão que equilibra a balança. O padrão internacional de unidade de massa empregado atualmente é o quilograma (kg). As propriedades que permitem a identificação de substâncias são chamadas propriedades específicas. Vamos ver mais adiante exemplos de propriedades específicas e como elas podem identificar as substâncias.

1 2 3 4 5 6 7

Densidade

8

Dê uma olhada nas imagens a seguir. Elas apresentam o que acontece quando colocamos cubos de gelo em um copo com água e, em outro, com álcool (etanol). Se você quiser, pode repetir em casa, tomando cuidado ao manipular o álcool, que é inflamável.

Pense Hely Demutti

Por que o gelo se comporta de maneira diferente quando mergulhado nos diferentes líquidos mostrados nas imagens? O que você imagina que pode acontecer se misturarmos em um único copo a água e o álcool e depois adicionarmos o gelo? Água e gelo.

Álcool e gelo.

Química na escola

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

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

• • • • • • • •

proveta de 200 mL água uma pequena peça de material plástico xarope de groselha um pedaço de metal (prego, parafuso, porca etc.) um pedaço de isopor ou cortiça óleo de soja uma uva (de preferência uva itália)

Hely Demutti

Materiais

23


Procedimento TRANSFORMAÇÕES E PROPRIEDADES DAS SUBSTÂNCIAS

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

2. Adicione o mesmo volume de óleo de soja.

Pense O que acontecerá ao adicionarmos o óleo na proveta?

Pense Onde a água vai se posicionar em relação ao xarope e ao óleo?

3. Acrescente a seguir, lenta e cuidadosamente, o mesmo volume de água.

Pense Onde cada material vai se posicionar em relação aos líquidos?

Hely Demutti

Hely Demutti

4. Adicione, nessa sequência, os seguintes objetos: um pedaço de metal, uma uva, uma pequena peça de material plástico, um pedaço de isopor ou cortiça. 5. Se for possível em sua escola, meça o volume e a massa dos materiais apresentados na tabela a seguir. Lembre-se de que o volume é uma grandeza correspondente ao espaço que a matéria ocupa. No caso de sólidos regulares, o volume pode ser calculado a partir da medida das dimensões, considerando-se as relações geométricas e que 1 cm3 corresponde a 1 mL. No caso de líquidos, utilizam-se instrumentos volumétricos graduados, como uma proveta. Para o caso de sólidos irregulares, é possível determinar o volume pelo método de deslocamento de volume de um líquido, geralmente água (Veja foto a seguir). Muitos sólidos podem ter o volume medido pelo deslocamento de líquidos. O volume da pedra será igual ao volume de água deslocado, ou seja, à diferença entre o volume final e o inicial. Por que será que materiais diversos flutuam de forma diferente?

6. Reproduza no caderno, substituindo os valores indicados e completando os demais itens solicitados. Caso você não possa obter os dados, utilize o que é fornecido pela tabela a seguir. DADOS DE MASSA E VOLUME DE DIFERENTES MATERIAIS Material

Volume (V)

10,0 g

10,0 mL

29,2 g

30,0 mL

48,9 g

50,0 mL

9,37g

10,0 mL

18,74 g

20,0 mL

1 uva

10,58 g

9,3 mL

3 uvas

31,2 g

Água líquida

Óleo

24

Massa (m)

27,5 mL

m–V

zzzzz zzzzz zzzzz zzzzz zzzzz zzzzz zzzzz

m+V

zzzzz zzzzz zzzzz zzzzz zzzzz zzzzz zzzzz

m·V

zzzzz zzzzz zzzzz zzzzz zzzzz zzzzz zzzzz

m/V

zzzzz zzzzz zzzzz zzzzz zzzzz zzzzz zzzzz


CAPÍTULO

Destino dos resíduos 1. Os resíduos líquidos dessa prática podem ser descartados no sistema de esgoto. 2. O óleo de soja não deve ser descartado na pia. Ele pode ser estocado e utilizado posteriormente na mesma prática ou utilizado para fazer sabão. 3. A uva deverá ser descartada em coletor de lixo orgânico. Os demais sólidos (isopor ou cortiça, plástico e metal) devem ser lavados com sabão e guardados para uso futuro.

1 2 3 4

Análise de dados 1. 2. 3. 4. 5.

5

Desenhe, no caderno, os materiais e a sua disposição na proveta. Por que os materiais ficaram dispostos da forma observada? Será que se adicionarmos os materiais em ordem diferente a disposição será outra? Justifique. O que é possível observar nos dados obtidos na tabela construída? Que coluna apresenta dados que não dependem da quantidade de amostra?

Pense Hely Demutti

Qual dos dois cilindros tem massa maior, o de alumínio ou o de cobre? Por quê? Qual dos dois metais é mais denso, o alumínio ou o cobre? Por quê?

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

6 7 8

Se analisarmos a tabela do experimento, apresentada no início desta página, vamos verificar que os valores de massa e volume de cada material podem variar em função da quantidade, mas a razão entre esses valores (m/V) será constante. Os dados da tabela nos indicam também que podemos ter uma mesma massa ou um mesmo volume para diferentes materiais, mas a razão entre a massa e o volume será diferente. Como já vimos, massa e volume são propriedades gerais da matéria, ou seja, são propriedades que qualquer material tem em função da quantidade. Já a razão entre a massa e o volume de um objeto depende do material do qual é feito, ou seja, é uma propriedade específica de cada substância, à qual se dá o nome densidade. Por ser uma propriedade específica que expressa uma relação de medidas, a densidade é considerada uma grandeza.

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

m V

em que d representa a densidade, m a massa e V o volume.

Pense Qual é a unidade da grandeza densidade? Que metal vai ocupar maior volume, 1 kg de alumínio ou 1 kg de chumbo? Por quê?

25


Hely Demutti

TRANSFORMAÇÕES E PROPRIEDADES DAS SUBSTÂNCIAS

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

Observe que toda grandeza é representada por um número seguido de uma unidade de medida (padrão de medida: metro, polegada, milha etc.). O número representa quantas vezes nossa grandeza é maior que o padrão. No caso da densidade, a unidade será sempre uma grandeza de massa (grama ou quilograma) por unidade de volume (cm3 ou mL, 1 mL = 1 cm3). A densidade dos materiais varia de acordo com a composição. Por isso, os químicos usam os valores da densidade para determinar a qualidade de alguns produtos que são consumidos pela população em geral. É o caso do controle de qualidade do leite, um material que contém várias substâncias. O leite produzido pelas vacas e utilizado para o consumo humano tem densidade que varia em uma faixa limitada. A adição de água ou de outras substâncias altera a densidade do leite. Essa adulteração pode ser identificada pelo uso de um densímetro, equipamento específico para medir densidade de líquidos. A determinação da densidade é empregada também para o controle de qualidade do álcool combustível. De acordo com especificações da Agência Nacional de Petróleo (ANP), o álcool combustível comercializado nos postos deve apresentar valor de densidade entre 0,805 e 0,811 g/cm3, que pode ser verificado por meio de diferentes dispositivos transparentes, que se localizam ao lado das bombas de combustível. Em um tipo desses dispositivos, encontram-se duas esferas de densidades definidas, posicionadas de maneira diferente dentro do recipiente. Quando se adultera o álcool combustível, a densidade é modificada, e as posições das bolas sofrem alterações. Dessa maneira, fica fácil para o consumidor observar se o álcool está fora de padrão, já que existem instruções ao lado do recipiente sobre a padronização da densidade.

Exercícios

FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

1. Calcule, com base nos dados da tabela abaixo, a densidade dos seguintes materiais: MEDIDAS DE MASSA E VOLUME DE DIFERENTES MATERIAIS Material

ela imediatamente afunda. Entretanto, se jogarmos um grande e pesado tronco de árvore em um rio, ele flutuará. Como podemos prever a flutuação ou não de um material em água?

Massa

Volume

Xarope de groselha

13,6 g

10,0 mL

Metal (alumínio)

13,19 g

5,0 mL

água, como é possível que um barco ou mesmo um grande navio feito de chapas de aço (liga de ferro) flutue?

Cubo de plástico com 1 cm de aresta

2,85 g

3,0 mL

4. (FMTM-MG) Considere as substâncias e as respectivas

Isopor

6,16 g

423,0 mL

Cortiça

0,97 g

2,0 mL

Esfera de aço de raio igual a 2 cm

75,4 g

**

Cubo de alumínio com 2 cm de aresta

21,6 g

***

Os valores apresentados na tabela são referentes às amostras específicas. Outras amostras podem apresentar diferentes resultados. ** Calcule o volume da esfera (V = 4/3 πr 3) *** Calcule o volume do cubo (V = a3)

26

2. Quando jogamos uma pequena e leve pedra num rio,

3. Sabendo que o ferro possui densidade maior do que a da

densidades à temperatura ambiente: Substância

Densidade (g/mL)

Ácido sulfúrico

1,8410

Tolueno

0,8669

Acetona

0,7899

Há maior massa em um litro de: a) ácido sulfúrico que em dois litros de tolueno. b) tolueno que em dois litros de acetona. c) acetona que em dois litros de tolueno.


área por 1 cm de espessura que pesa 55 kg?

d) 6 500 g. e) 7 400 g.

9. (Fuvest-SP)

6. (Unicamp-SP) Três frascos de vidro transparentes, fechados, de formas e dimensões iguais, contêm a mesma massa de líquidos diferentes. Um contém água; o outro, clorofórmio; e o terceiro, etanol. Os três líquidos são incolores e não preenchem totalmente os frascos, os quais não têm nenhuma identificação. Sem abrir os frascos, como você faria para identificar as substâncias? A densidade (d) de cada um dos líquidos, à temperatura ambiente, é: d(água) = 1,0 g/cm3, d(clorofórmio) = = 1,4 g/cm3 e d(etanol) = 0,8 g/cm3.

8. (UnB) Em condições ambientes, a densidade do mercúrio é de aproximadamente 13 g/cm3. A massa desse metal, da qual um garimpeiro de Poconé (MT) necessita para encher completamente um frasco de meio litro de capacidade, é de: a) 2 500 g. b) 3 200 g. c) 4 800 g.

Densidade (g/cm3) à temperatura ambiente

Alumínio

2,7

Bambu

0,31 – 0,40

Carvão

0,57

Osso

1,7 – 1,8

1 2 3 4 5 6

Ao adicionar à água pura, à temperatura ambiente, pedaços de cada um desses materiais, observa-se flutuação apenas de: a) alumínio. b) alumínio e osso. c) bambu. d) bambu e carvão. e) carvão e osso.

7. (UFMG) Um limão foi espremido em um copo contendo água e as sementes ficaram no fundo do recipiente. A seguir, foi adicionado ao sistema um pouco de açúcar, que se dissolveu completamente. Em consequência dessa dissolução do açúcar, as sementes subiram e passaram a flutuar. Assinale a alternativa em que se explica corretamente a flutuação das sementes após a adição do açúcar. a) A densidade do líquido aumentou. b) A densidade das sementes diminuiu.

Material

7 8

10. (Unicamp-SP) Dois frascos idênticos estão esquematizados abaixo. Um deles contém uma certa massa de água (H2O) e o outro, a mesma massa de álcool (CH3CH2OH). A

J. Yuji

5. Qual é a densidade de uma chapa de aço de 1 m2 de

CAPÍTULO

d) ácido sulfúrico que em três litros de acetona. e) tolueno que em dois litros de ácido sulfúrico.

B

Dado: Usando-se uma bolinha de densidade adequada, fez-se o experimento ao lado.

água

álcool

Qual das substâncias está no frasco A e qual está no frasco B? Justifique.

Temperaturas de fusão e de ebulição Pense Será que vamos conseguir diferenciar os materiais pela forma com a qual se apresentam, ou seja, sólida, líquida ou gasosa?

Na natureza, encontramos os materiais em diferentes estados de agregação. Vejamos alguns exemplos: o oxigênio e o nitrogênio estão presentes em nossa atmosfera na forma de gás; o álcool e a gasolina apresentam-se como líquidos; e os metais, à exceção do mercúrio, são sólidos. No entanto, sabemos que um mesmo material pode apresentar-se em mais de um estado de agregação. O exemplo mais comum é a água, que pode ser encontrada nos três estados de agregação. O estado de agregação de um material é uma propriedade que depende das condições de temperatura e pressão em que se encontra.

27


TRANSFORMAÇÕES E PROPRIEDADES DAS SUBSTÂNCIAS

Um sólido, quando aquecido, ao atingir determinada temperatura, começa a se fundir, tornando-se líquido. Esse líquido, continuando sob aquecimento, chegará a uma temperatura em que se inicia a vaporização, ou seja, a passagem do estado líquido para o gasoso. Alguns materiais ou substâncias podem passar diretamente do estado sólido para o gasoso e vice-versa. No esquema a seguir, apresentamos as possíveis mudanças de estado dos materiais e os respectivos nomes. sublimação vaporização

Fotos: Hely Demutti

fusão

SÓLIDO

LÍQUIDO

solidificação

GASOSO

liquefação sublimação

O esquema acima resume as seguintes definições: Fusão é a passagem de um material do estado sólido para o líquido. Solidificação é o contrário da fusão, é a passagem do estado líquido para o sólido. Vaporização é a passagem do estado líquido para o gasoso. Liquefação é a passagem de um gás para o estado líquido. Quando a passagem do estado gasoso para o líquido ocorre a partir do vapor, ela é chamada de condensação. Sublimação é a passagem do estado sólido diretamente para o estado gasoso, ou vice-versa. Evaporação e ebulição são conceitos parecidos. Ambos se referem à passagem do estado líquido para o estado gasoso. Mas existe uma diferença fundamental. A ebulição ocorre quando a substância atinge a temperatura de mudança de estado. É o que acontece com a água quando atinge os 100 °C. Já a evaporação ocorre em temperaturas inferiores. A água de um lago, por exemplo, está em constante processo de evaporação, mesmo a uma temperatura de 30 °C. Existe também uma diferença entre vapor e gás, embora os dois estejam no estado gasoso. O estado gasoso é um estado de agregação da matéria em que os constituintes estão muito afastados, com baixa interação entre si. Uma substância no estado gasoso pode passar para o estado líquido (liquefação) pelo abaixamento de temperatura ou pelo aumento da pressão, como ocorre com o gás liquefeito de petróleo – GLP –, que se encontra a uma alta pressão. Dados experimentais demonstram que para cada substância

28


CAPÍTULO

existe a temperatura crítica acima da qual ela somente pode retornar ao estado líquido com o abaixamento de temperatura, ou seja, variações na pressão não provocam a mudança para o estado líquido. Nesse caso temos um gás. Abaixo da temperatura crítica, a substância pode facilmente mudar para o estado líquido, pelo resfriamento ou por simples compressão; temos, então, um vapor.

1 2

Hely Demutti

VARIAÇÃO DA TEMPERATURA DURANTE O AQUECIMENTO DA ÁGUA DESTILADA

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

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

3 4

Tempo

Temperatura

Estado de agregação*

0 min

–4 °C

sólido

1 min

–4 °C

sólido

6

2 min

–3 °C

sólido

7

3 min

–1 °C

sólido

4 min

0 °C

sól. e líquido

8

5 min

0 °C

sól. e líquido

6 min

0 °C

sól. e líquido

7 min

0 °C

sól. e líquido

8 min

1 °C

líquido

9 min

6 °C

líquido

10 min

9 °C

líquido

11 min

14 °C

líquido

12 min

21 °C

líquido

13 min

30 °C

líquido

14 min

42 °C

líquido

15 min

53 °C

líquido

16 min

63 °C

líquido

17 min

73 °C

líquido

18 min

82 °C

líquido

19 min

88 °C

líquido

20 min

92 °C

líquido

21 min

95 °C

líquido

22 min

95 °C

líquido

23 min

95,5 °C

líquido e vapor

24 min

95,5 °C

líquido e vapor

25 min

95,5 °C

líquido e vapor

26 min

95,5 °C

líquido e vapor

27 min

97 °C

vapor

28 min

100 °C

vapor

29 min

102 °C

vapor

30 min

103 °C

vapor

31 min

105 °C

vapor

5

* Estado de agregação de maior predominância no sistema.

29


TRANSFORMAÇÕES E PROPRIEDADES DAS SUBSTÂNCIAS

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

Temperatura

Estado de agregação*

Tempo

Temperatura

Estado de agregação*

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

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

sólido sólido e líquido sólido e líquido sólido e líquido líquido líquido líquido líquido líquido líquido líquido líquido

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

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

líquido líquido líquido líquido líquido líquido líquido líquido líquido líquido e vapor líquido e vapor líquido e vapor

* Estado de agregação de maior predominância no sistema.

Atividades 1. Desenhe, em uma folha de papel milimetrado, gráficos da variação da temperatura em função do tempo para os dois experimentos (aquecimento da água destilada e aquecimento da solução de cloreto de sódio). Utilize os dados da tabela ou os dados que você obteve no laboratório, caso tenha realizado a experiência.

2. Desenhe, em uma folha de papel milimetrado, um gráfico da variação da temperatura em função do tempo, durante o aquecimento da solução de cloreto de sódio. Empregue os dados da tabela anterior ou os seus dados, caso você tenha feito o experimento. Com base nos dados obtidos nos experimentos, responda às questões a seguir. a) Em que faixas de temperatura a água destilada encontra-se em cada estado de agregação? b) Em que estado de agregação a água vai estar quando exposta a uma temperatura de –50 °C? c) Como a temperatura varia durante a mudança de estado no caso da água destilada? d) Analise os gráficos do aquecimento da água destilada e da solução de cloreto de sódio e compare-os, comentando as diferenças entre as curvas (gráficos) obtidas. A temperatura na qual uma substância muda do estado sólido para o líquido ou do líquido para o sólido é denominada temperatura de fusão. A temperatura na qual uma substância muda do estado líquido para o gasoso e vice-versa é denominada temperatura de ebulição. As temperaturas de fusão e de ebulição são determinadas experimentalmente por meio de curvas de aquecimento ou de resfriamento. Quando temos uma única substância, como no caso da água destilada, o gráfico de variação da temperatura apresenta um aumento gradual constante. Depois de determinado patamar, apesar de o sistema continuar em aquecimento, a temperatura não varia. Esse patamar existe tanto na fusão como na ebulição e ocorre, respectivamente, quando se atingem as temperaturas de fusão e de ebulição.

30


CAPÍTULO

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

J. Yuji

Curva de aquecimento da água Temperatura (°C)

Início da fusão (0 °C)

Fim da fusão (0 °C)

Início da ebulição (100 °C)

1 2

Fim da ebulição (100 °C)

3 4 5

a

água + vapor

te = 100 °C

gelo + água tf = 0 °C

gelo

Fusão. Temperatura constante.

Gelo sendo aquecido. Temperatura crescente.

a águ Água sendo aquecida. Temperatura crescente.

Ebulição. Temperatura constante.

gu -d’á por

6

va

7

Vapor sendo aquecido. Temperatura crescente.

8

Tempo (min)

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

J. Yuji

Curva de resfriamento da água Temperatura (°C)

vap

or-d

te = 100 °C tf = 0 °C

’águ

a

Vapor resfriando.

água + vapor Condensação.

águ

a

gelo + água Líquido resfriando.

Fusão.

gelo Gelo resfriando.

Tempo (min)

31


TRANSFORMAÇÕES E PROPRIEDADES DAS SUBSTÂNCIAS

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

Curva de aquecimento de água com sal Temperatura (°C)

01_G38_1Q_AJS

vapor

faixa de ebulição

ebulição líquido

faixa de fusão

sólido

Tempo (min)

Pense A tabela abaixo apresenta os valores das temperaturas de fusão e de ebulição de algumas substâncias. Essas propriedades são características das substâncias? Por quê?

Marcelo Spatafora/Pulsar Imagens

Enquanto a água funde a 0 °C, o ferro funde a 1 538 °C.

TEMPERATURA DE FUSÃO E DE EBULIÇÃO DE ALGUMAS SUBSTÂNCIAS Substância

Temperatura de fusão

Temperatura de ebulição

0 °C

100 °C

804 °C

1 400 °C

Cloro

–101,6 °C

–34,5 °C

Clorofórmio

–63,0 °C

61,74 °C

Hidróxido de sódio

318,4 °C

1 390 °C

Nitrogênio

–209,86 °C

–195,8 °C

Oxigênio

–218,4 °C

–183,0 °C

Naftaleno

80,55 °C

218,0 °C

Água Cloreto de sódio

Em resumo: as temperaturas de fusão e de ebulição das substâncias permanecem constantes enquanto ocorre a mudança de estado. Já em sistemas que contêm materiais, ocorrem variações de temperaturas durante a fusão e a ebulição.

32


CAPÍTULO

Existem misturas com características especiais, pois se comportam como se fossem uma única substância durante a fusão/solidificação ou durante a ebulição/condensação. No primeiro caso, são chamadas misturas eutéticas, que fundem/solidificam a uma temperatura constante. No segundo caso, temos as misturas azeotrópicas, que fervem/condensam a uma temperatura constante.

1 2 Alexandre Bueno

˚

Curva de aquecimento de uma mistura azeotrópica ˚

3 4 5 6 7 8

Gráfico 1

Gráfico 2

Mistura eutética, como uma liga de bronze (mistura dos metais cobre e estanho), apresenta uma curva de aquecimento semelhante à ilustrada no Gráfico 1. Como apresenta baixa temperatura de fusão, o bronze é bastante utilizado em diversos processos siderúrgicos. Nesse tipo de mistura, durante o processo de fusão a temperatura permanece constante (T1), enquanto a temperatura de ebulição varia em uma faixa que vai de T2 a T3. Na mistura azeotrópica, o comportamento da curva é semelhante e o patamar em que a temperatura fica constante é o da temperatura de ebulição, enquanto a fusão vai ocorrer durante uma faixa de temperatura (veja Gráfico 2). Como exemplos de misturas azeotrópicas, temos a mistura de acetona e clorofórmio e a mistura de etanol e benzeno. Como se observa, as temperaturas de fusão e de ebulição variam de substância para substância. Para determinar a temperatura de ebulição, um fator externo importantíssimo deve ser considerado: a pressão atmosférica. A água é o melhor exemplo dessa situação. Ao nível do mar ela entra em ebulição a 100 °C. O mesmo não acontece quando estamos a uma altitude elevada, pois a pressão atmosférica é menor. À medida que a altitude aumenta, a temperatura de ebulição da água diminui, pois a pressão atmosférica também vai diminuindo. Isso ocorre porque, para um líquido entrar em ebulição, a pressão de vapor das bolhas formadas no processo de aquecimento deve ser maior ou igual à pressão atmosférica externa. E o inverso também vai ocorrer: quando a pressão atmosférica for maior, a temperatura de ebulição do líquido também será maior. Pressão atmosférica é definida como a pressão exercida, por causa da massa de ar da atmosfera, sob determinada área. É a força, por unidade de área, exercida pelo ar contra uma superfície. Medida por meio de instrumentos denominados barômetros, está relacionada com as condições ambientais, como radiação solar, temperatura, altitude e latitude. Um exemplo prático da variação da temperatura de ebulição com a pressão é a panela de pressão. Nesse caso, como o sistema é fechado, a pressão interna aumenta com o aquecimento, o que eleva a temperatura de ebulição da água. Por estarem a uma temperatura maior do que se estivessem em uma panela comum, os alimentos são cozidos mais rapidamente.

Na panela de pressão a água ferve a uma temperatura superior a 100 °C por conta do aumento da pressão. Jacek/Kino

Alexandre Bueno

Curva de aquecimento de uma mistura eutética

33


FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

Exercícios TRANSFORMAÇÕES E PROPRIEDADES DAS SUBSTÂNCIAS

água destilada apresentadas na tabela da página 29 – “Variação da temperatura durante o aquecimento da água destilada”?

2. Como será a variação de temperatura durante a fusão ou a ebulição de materiais que contêm duas ou mais substâncias das apresentadas na tabela da página 32?

3. Com base na curva de aquecimento, tente explicar por que em leiteiras com sistema de banho-maria (aquelas que assobiam quando aquecidas) o leite não derrama.

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

8. Analise o gráfico a seguir, correspondente à curva de aquecimento de um material, na qual estão representadas diferentes fases (s = sólido, l = líquido e v = vapor) e julgue os itens seguintes, marcando C para os corretos e E para os errados. Temperatura (°C)

4. Sabendo-se que a temperatura de ebulição da água destilada é 100 °C, explique que motivo justificaria o fato de o valor apresentado na tabela “Variação da temperatura durante o aquecimento da água destilada” (página 29) ser diferente.

5. A temperatura de ebulição do isoctano à pressão de 1 atmosfera é 99 °C e a temperatura de fusão é –107 °C. À mesma pressão, indique o estado de agregação do isoctano quando estiver nas seguintes temperaturas: a) –125 °C. c) 25 °C. e) 99 °C. b) –25 °C. d) 125 °C.

6. (Unicamp-SP) Evidências experimentais mostram que somos capazes, em média, de segurar por um certo tempo um frasco que esteja a uma temperatura de 60 °C, sem nos queimarmos. Suponha a situação em que dois béqueres contendo cada um deles um líquido diferente (X e Y) tenham sido colocados sobre uma chapa elétrica de aquecimento, que está à temperatura de 100 °C. A temperatura normal de ebulição do líquido X é 50 °C e a do líquido Y é 120 °C. Após certo tempo de contato com essa chapa, qual dos frascos poderá ser tocado com a mão sem que se corra o risco de sofrer queimaduras? Justifique a resposta.

4

6

8

10

J. Yuji

Temperatura (°C)

Tempo (min)

34

T1

s+l

v

l

s

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

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

Temperatura de fusão (°C)

Temperatura de ebulição (°C)

Etano

–171

–93

Propano

–190

–45

Butano

–135

Pentano

–131

temperatura observada ao se aquecer uma substância A durante cerca de 80 minutos.

2

l+v

T2

Tempo (min)

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

50 40 30 20 10 0

J. Yuji

1. Quais são as temperaturas de fusão e de ebulição da

a) b) c) d) e)

Nenhuma. 1. 2. 3. Todas.

0,6 36


funde à temperatura constante. O gráfico que melhor representa o comportamento dessa mistura até sua completa vaporização é: a) T(K)

c)

T(K) L s t(min)

d)

1

T(K)

2

L

L s

3

s t(min)

b)

CAPÍTULO

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

t(min)

e)

T(K)

4

T(K)

L

5

L

s

6

s t(min)

t(min)

7 8

Solubilidade Pense Quando uma onda “arrebenta” na praia, a água salgada mistura-se com a areia. Aos poucos, a areia separa-se da água que continuará salgada. Se a areia se separa da água, por que o sal não? Será que essa diferença de comportamento entre o sal e a areia, na presença de água, permite a diferenciação das substâncias?

Para discutir essas questões, vamos realizar uma atividade relacionada a essa propriedade.

Química na escola

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

Que material é mais solúvel? Realize esse experimento em grupo para verificar como alguns materiais se comportam quando colocados em água ou em outros líquidos. Se na escola não houver os materiais, cada aluno pode consegui-los em casa. Esse experimento pode ser realizado em sala de aula.

Materiais • suporte para tubos • tubos de ensaio (podem ser substituídos por copinhos descartáveis transparentes ou pequenos frascos de vidro transparentes) • 3 béqueres de 50 mL • bastão de vidro • isopor • água • açúcar refinado • sal

• talco • enxofre (pode ser encontrado em farmácias de manipulação) • sulfato de cobre penta-hidratado [CuSO4 · 5H2O] (pode ser comprado como produto para tratamento de piscina) • solvente para remover esmalte • espátula pequena (ou tampa de caneta com ponta comprida)

35


Procedimento

Hely Demutti

Quando adicionamos um sólido a um líquido e ele se dissolve totalmente, dizemos que esse sólido é solúvel no líquido em questão. Observe que, dependendo da quantidade de sólido adicionado, parte deste ficará depositada no fundo. Se apenas uma pequena quantidade do sólido adicionado se dissolver, dizemos que ele é pouco solúvel, se uma grande quantidade do material se dissolver, dizemos que ele é muito solúvel.

Hely Demutti

TRANSFORMAÇÕES E PROPRIEDADES DAS SUBSTÂNCIAS

Parte A 1. Coloque em um tubo de ensaio aproximadamente 5 mL de água. 2. Com a espátula, adicione ao tubo com água uma pequena quantidade de açúcar. 3. Agite e observe se dissolveu.

Quando adicionamos um sólido a um líquido e ele não se dissolve, dizemos que esse sólido é insolúvel no líquido em questão.

4. Reproduza a tabela a seguir no caderno e anote o resultado da dissolução na coluna do açúcar, linha da água. Se todo o açúcar se dissolveu, registre como resultado: solúvel; se não se dissolveu, registre: pouco solúvel ou insolúvel. SOLUBILIDADE DE DIFERENTES SUBSTÂNCIAS Solvente

Soluto Açúcar

Sal

Talco

Enxofre

Sulfato de cobre

Isopor

Água

zzzz zzzz zzzz zzz

zzzzz zzz

Solvente para remover esmalte

zzzz zzzz zzzz zzz

zzzzz zzz

5. Repita os procedimentos de 1 a 4 com os demais sólidos e anote na tabela. 6. Repita os procedimentos de 1 a 5, substituindo a água pelo solvente para remover esmalte e também anote na tabela. Parte B 1. Coloque em um béquer de 50 mL aproximadamente 20 mL de água gelada. Em outro béquer, coloque 20 mL de água à temperatura ambiente. Em um terceiro béquer, coloque 20 mL de água em ebulição. 2. Adicione um pouco de sulfato de cobre, agite com o bastão de vidro. Observe e registre o resultado observado. Guarde essas soluções para a atividade prática da página 168.

Destino dos resíduos 1. As soluções aquosas de açúcar, sal e talco podem ser descartadas no sistema de esgoto. 2. A solução de água e enxofre deve ser filtrada para o reaproveitamento do enxofre e o líquido pode ser descartado na pia. 3. A solução aquosa de sulfato de cobre, das partes A e B, deve ser acondicionada em embalagem compatível, limpa e à prova de vazamento, para ser reutilizada em outras atividades práticas. 4. As soluções preparadas com solvente de removedor de esmalte, em pequenas quantidades e misturadas à água, podem ser drenadas pela pia com um volume de água de lavagem dez vezes superior.

36


CAPÍTULO

Análise de dados O sólido dissolvido é chamado soluto. O líquido que o dissolve é o solvente. Os dois compõem um material chamado solução.. A quantidade de soluto que uma quantidade de solvente pode dissolver é limitada. Se for adicionado soluto além dessa capacidade, mesmo após agitação, parte do soluto deposita-se no fundo do recipiente e recebe a denominação precipitado. No primeiro experimento da página 14, o material identificado como solução de hidróxido de sódio (NaOH) corresponde ao hidróxido de sódio dissolvido em água. As soluções cujo solvente é a água são chamadas soluções aquosas. Agora, com o auxílio da tabela da Parte A, responda às questões seguintes: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

1 2 3 4

Quais solutos se dissolveram melhor em água? Quais solutos se dissolveram menos em água? Que solvente solubilizou melhor o isopor? Em qual solvente você observou que o sulfato de cobre se dissolve melhor? Na Parte B, a que temperatura o sulfato de cobre se dissolveu melhor? Como você pode diferenciar as substâncias pelos dados da tabela anterior? O que você pode concluir sobre a dissolução de um material em diferentes solventes?

5 6 7 8

A solubilidade é uma importante propriedade das substâncias. No experimento anterior, foi possível observar que a solubilidade de um material é uma característica que depende também do solvente. Assim, uma substância pode ser solúvel em um solvente e não solúvel em outro, ou seja, uma substância tem solubilidade diferente em cada solvente. Enquanto o sal é solúvel em água, ele é praticamente insolúvel em acetona ou acetato de etila (solvente usado para remover esmalte). Da mesma forma, um mesmo solvente dissolve substâncias distintas de maneira diferente. Enquanto a água dissolve com facilidade o sal, ela não dissolve o talco. Normalmente, a solubilidade das substâncias é expressa em gramas por litros, mas também pode ser expressa em gramas por 100 mL ou 100 g de solvente. A tabela a seguir representa os valores de solubilidade a 20 °C de algumas substâncias em água e álcool (etanol). Quando preparamos uma limonada, observamos que o açúcar não se dissolve com facilidade na água gelada. Observamos também que, ao preparar café, o açúcar se dissolve melhor se a água estiver quente.

SOLUBILIDADE DE DIFERENTES SUBSTÂNCIAS Substâncias

Solubilidade em 100 mL Água

Álcool

Açúcar

179 g

insolúvel

Cloreto de sódio

35,9 g

insolúvel

Bicarbonato de amônio (presente no sal amoníaco)

25 g

insolúvel

Fenolftaleína

0,018 g

20,9 g

Iodo

0,029 g

20,5 g

Ácido ascórbico (presente no comprimido de vitamina C)

33,3 g

~3 g

37


Analisando o gráfico abaixo, o que você pode concluir sobre a dissolução de uma substância em um mesmo solvente a diferentes temperaturas? Que substâncias apresentadas no gráfico diminuem a solubilidade com o aumento de temperatura? Solubilidade de diferentes substâncias em função da temperatura J. Yuji

TRANSFORMAÇÕES E PROPRIEDADES DAS SUBSTÂNCIAS

Pense

Coeficiente de solubilidade (g/100 g de H2O)

130 120

Brometo de potássio

110 100 90 80

Clorato de potássio

70 60

Sulfato de sódio

50 40 30

Oxalato de cálcio

20 10 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (°C)

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

Solubilidade é a quantidade máxima de uma substância que se dissolve em 100 g de um solvente específico à determinada temperatura. A quantidade de um material que conseguimos dissolver em determinada quantidade de solvente específico é também uma propriedade que pode servir para diferenciá-lo de outros materiais que nos rodeiam. Essa propriedade é chamada solubilidade. A solubilidade é muito utilizada pelos químicos na separação das substâncias que constituem os materiais. Um exemplo da utilização dessa propriedade no cotidiano é o processo de preparação do café, em que a água dissolve uma série de substâncias presentes no pó e que são solúveis a quente, conferindo sabor característico à bebida. Processo semelhante é empregado na extração de substâncias contidas em plantas utilizadas em chás.

4 IDENTIFICAÇÃO DAS SUBSTÂNCIAS

A

s propriedades que você determinou nos experimentos anteriores auxiliam na caracterização de substâncias. Como você constatou, substâncias diferentes possuem densidades, temperaturas de ebulição, temperaturas de fusão e solubilidades diferentes. Sendo tais propriedades características das substâncias, elas foram denominadas propriedades físicas específicas. Existem mais de trinta propriedades específicas, mas o químico utiliza com mais frequência a densidade, as temperaturas de ebulição e de fusão e a solubilidade. Propriedades químicas também são muito utilizadas para identificar substâncias. Podemos diferenciar uma amostra de água de outra de álcool verificando qual delas se queima. Podemos identificar os gases hidrogênio, oxigênio e dióxido de carbono pelo

38


CAPÍTULO 1 2 3 4 O mineral pirita é conhecido como “ouro de tolo”, por seu brilho amarelo característico. Mas diferenciá-lo do ouro não é difícil: a pirita contém sulfeto de ferro, que reage com ácido clorídrico. Basta pingar umas gotas do ácido e observar se ocorre reação.

5 6 7 8

Hely Demutti

comportamento diante do fogo: enquanto o hidrogênio explode, o oxigênio aviva uma chama e o dióxido de carbono a apaga. A identificação de amido em alimentos pode ser feita adicionando-se iodo: se houver amido, obtém-se um forte azul-escuro. Os ácidos podem ser distinguidos pelo uso de diferentes indicadores ácido-base. Várias análises clínicas e patológicas fornecem informações sobre o funcionamento do organismo por meio de reações químicas características de certas substâncias nele presentes. Se as substâncias são identificadas pelas propriedades específicas, isso significa que a identificação de uma transformação química pode ser feita pela constatação da mudança de propriedades de um sistema reacional. A constatação de mudanças de propriedades do sistema indica que houve formação de nova(s) substância(s). Em alguns materiais, as propriedades físicas são constantes; em outros, não. Enquanto a temperatura de ebulição da água destilada é constante, no processo de ebulição da solução de água e sal é possível notar variação nos valores. Essa diferença de comportamento se deve à presença de outras substâncias que alteram o comportamento previsto para a substância. Somente têm propriedades específicas definidas os materiais puros, ou seja, formados por um mesmo tipo de constituinte. Esses materiais puros são denominados substâncias. Os materiais em que as propriedades específicas variam não são puros, ou seja, são formados por mais de um tipo de matéria. Esses materiais que não são puros são constituídos por mais de uma substância e, por isso, são geralmente denominados materiais. Veja na tabela a seguir as propriedades específicas de algumas substâncias. PROPRIEDADES ESPECÍFICAS DE ALGUMAS SUBSTÂNCIAS Temperatura Temperatura Substância Fórmula química Densidade de fusão de ebulição Acetato de metila

C3H6O2

0,93 g/cm3

–98 °C

57 °C

Propanona (acetona)

C3 H 6 O

3

0,79 g/cm

–95 °C

57 °C

Metanol Etanol

CH4O C2H6O

0,79 g/cm3 0,79 g/cm3

–98 °C –117 °C

64,7 °C 78,3 °C

Pense Analise os dados da tabela anterior e responda: as propriedades específicas das substâncias são iguais? Justifique a resposta. Que propriedade específica pode ser utilizada para diferenciar as quatro substâncias? Utilize os dados da tabela anterior e empregue as propriedades específicas das substâncias, diferenciando o metanol do etanol.

Como se pode constatar pela tabela anterior, a caracterização de uma substância não pode ser feita por apenas uma propriedade específica. Ela depende da avaliação de um conjunto de propriedades específicas. Por meio de várias propriedades, o químico pode identificar, por exemplo, a presença de substâncias poluentes. Análises químicas, feitas em amostras de adubos orgânicos produzidos em usinas de compostagem de lixo, já detectaram até mesmo a presença elevada de metais pesados, que são altamente tóxicos e podem contaminar o solo e os lençóis de água subterrâneos. Portanto, ao utilizar os conhecimentos e as técnicas da Química, é possível identificar substâncias que causam problemas ambientais. É com base nessa identificação que se estabelecem leis como as do Conselho Nacional do Meio Ambiente (Conama). Uma dessas leis institui que baterias industriais constituídas de chumbo, cádmio e seus compostos, destinados a telecomunicações, usinas elétricas, sistemas ininterruptos de fornecimento de energia, alarme, segurança, movimentação de cargas ou pessoas, partida de motores diesel e uso geral industrial, após seu esgotamento energético, deverão ser entregues pelo usuário ao fabricante ou ao

39


TRANSFORMAÇÕES E PROPRIEDADES DAS SUBSTÂNCIAS

importador ou ao distribuidor da bateria, as recolher e dar destino às pilhas depois de usadas. Os legisladores puderam criar essa lei com base no momento em que os químicos identificaram os efeitos ambientais provocados pela quantidade de metal pesado existente em tais baterias. Além das baterias, diversos outros materiais contêm substâncias tóxicas e deveriam também ter um destino adequado. Acompanhe a seguir. MATERIAIS DOMÉSTICOS CUJO DESCARTE É POTENCIALMENTE PERIGOSO Tipo Produtos Material para pintura • tinta • pigmentos • solventes • vernizes • pesticidas • repelentes • inseticidas • herbicidas Produtos para jardinagem e animais • baterias • fluidos de freio e transmissão • óleos lubrificantes Produtos para automóveis • pilhas • frascos de aerossóis em geral • lâmpadas fluorescentes Outros itens Fonte: D’ALMEIDA, M. L. O. (Coord.) Lixo municipal: manual de gerenciamento integrado. 2. ed. São Paulo: IPT/Cempre, 2000.

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

Exercícios 1. Sabe-se hoje que as distribuidoras de combustíveis misturam à gasolina uma quantidade de aproximadamente 20% em volume de álcool para melhorar a qualidade dela. Identifique nessa mistura o solvente e o soluto.

2. Em um medicamento encontramos a expressão: “pró-

FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

(Na2SO4) e do clorato de potássio (KClO3) em água a duas temperaturas diferentes e julgue os itens seguintes, marcando C para os corretos e E para os errados. SOLUBILIDADE EM ÁGUA (g/L)

SUBSTÂNCIA

40 °C

60 °C

C12H22O11

2 381

2 873

Na2SO4

488

453

KClO3

12

22

polis em solução alcoólica”. O que ela significa?

3. A solubilidade identifica o soluto ou o solvente? Justifique a resposta.

4. Para preparar o cafezinho, utilizamos água fervente. Será que se usarmos água fria o café terá o mesmo sabor? Justifique a resposta.

5. Por que é necessário especificar o valor da temperatura na determinação da solubilidade?

6. Como podemos identificar dois líquidos diferentes usando um sólido conhecido?

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

7. Sabendo que a solubilidade do cloreto de sódio a 20 °C 10. (Fuvest-SP) Quatro tubos contêm 20 mL (mililitros) é de 36,0 g em 100 g de água, o que aconteceria se adicionássemos 80 g desse sal a 200 g de água mantendo a mesma temperatura?

8. O refrigerante é uma solução que tem como solvente a água e um dos solutos é o gás carbônico (CO2). Comparando o que acontece quando abrimos uma garrafa de refrigerante à temperatura ambiente e quando abrimos uma garrafa que estava na geladeira, explique como varia a solubilidade desse gás em relação à temperatura.

9. (UnB-DF) Examine a tabela seguinte, com dados sobre a solubilidade da sacarose (C12H22O11), do sulfato de sódio

40

de água cada um. Coloca-se nesses tubos dicromato de potássio (K2Cr2O7) nas seguintes quantidades: Massa de

Tubo A

Tubo B

Tubo C

Tubo D

K2Cr2O7

1,0

3,0

5,0

7,0

A solubilidade do sal, a 20 °C, é igual a 12,5 g por 100 mL de água. Após agitação, em quais dos tubos coexistem, nessa temperatura, solução saturada e fase sólida? a) Em nenhum. d) Apenas em B, C e D. b) Apenas em D. e) Em todos. c) Apenas em C e D.


cada dois frascos contendo substâncias incolores, aparentemente iguais. Como ele poderia identificar as substâncias? Ele poderia utilizar as propriedades organolépticas?

13. Defina propriedades químicas e propriedades físicas. 14. Dê exemplos de substâncias ou materiais que você pode identificar por meio de propriedades químicas (procure outros exemplos, além dos apresentados no texto). Indique as propriedades utilizadas para cada exemplo.

15. Dê um conceito para substância. 16. Redija um parágrafo para justificar ou não o descarte de baterias de celular no lixo doméstico.

17. (Mack-SP) Certas propagandas recomendam determinados produtos, destacando que são saudáveis por serem

CAPÍTULO

11. O que são propriedades específicas? Dê exemplos. 12. Em um laboratório, um estudante encontrou sobre a ban-

naturais, isentos de QUÍMICA. Um aluno atento percebe que essa afirmação é: a) verdadeira, pois o produto é dito natural porque não é formado por substâncias. b) falsa, pois as substâncias são sempre benéficas. c) verdadeira, pois a Química só estuda materiais artificiais. d) enganosa, pois confunde o leitor, levando-o a crer que “química” significa não saudável, artificial. e) verdadeira, somente se o produto oferecido não contiver água.

1 2 3 4 5 6

18. (Fuvest-SP) Quais das propriedades abaixo são as mais

7

indicadas para verificar se é pura certa amostra sólida de uma substância conhecida? a) Cor e densidade. c) Temperatura e densidade. b) Cor e dureza. d) Cor e temperatura de fusão.

8

Transformações químicas b A Química é uma ciência que estuda as substâncias e as transformações. Desse modo, essa ciência pode colaborar com a proteção do ambiente e para a melhoria da qualidade de vida. b As transformações químicas, ou reações químicas, são processos em que há formação de novas substâncias, evidenciada por mudanças de cor, odor, textura ou temperatura, pela formação de um precipitado ou de um gás. b Nas reações químicas, as substâncias iniciais são denominadas reagentes e as substâncias finais, denominadas produtos. b São consideradas transformações físicas os processos nos quais não há formação de novas substâncias.

Química, tecnologia e sociedade b A Química começou a se desenvolver fundamentada nas técnicas primitivas de domínio do fogo. É possível considerar que a tecnologia nasceu quando o ser humano descobriu que podia fazer ferramentas com base em diferentes materiais. b A Ciência, a tecnologia e a sociedade têm caminhado na busca de soluções de grandes problemas, mas as transformações geradas também têm provocado consequências ao equilíbrio no planeta.

Propriedades das substâncias b Propriedades físicas são aquelas propriedades das substâncias ou materiais que podem ser medidas sem alterar a b b b b b b b

identidade de seu constituinte. Propriedades químicas são propriedades das substâncias ou materiais relacionadas com a interação com outras substâncias e que mudam a identidade de seus constituintes. Densidade é uma grandeza que expressa a relação entre massa e volume de dado material. Temperatura de fusão é a temperatura na qual a substância muda de estado de sólido para líquido, ou vice-versa. Temperatura de ebulição é a temperatura na qual a substância muda de estado líquido para gás, ou vice-versa. Solubilidade é a quantidade de um soluto que pode ser dissolvida em um solvente e depende de suas características, do solvente e da temperatura do sistema. As substâncias podem ser identificadas por propriedades específicas, tais como temperatura de fusão e ebulição, que são bem definidas. Os materiais não apresentam propriedades específicas bem definidas.

41


TRANSFORMAÇÕES E PROPRIEDADES DAS SUBSTÊNCIAS

Capítulo 2

MATERIAIS E PROCESSOS DE SEPARAÇÃO Como isolamos substâncias contidas em materiais? Como reutilizar e reciclar materiais?

Tema em foco Tema REUTILIZAR E RECICLAR: RETORNANDO O MATERIAL AO CICLO ÚTIL Quando o problema é o lixo, uma questão é ponto-chave! O tempo necessário para que os materiais se decomponham quando são descartados no ambiente. De modo geral, analisando a composição química dos resíduos do lixo da nossa sociedade, esse tempo é relativamente demasiado. Então, o que fazer? O MATERIAL E O TEMPO GASTO PARA A DECOMPOSIÇÃO mais de 20 anos PzAxe/Shutterstock

indeterminado Quang Ho/Shutterstock

9comeback/Shutterstock

mais de 1 000 anos

Berents/Shuttertsock

Givaga/Shutterstock

Jesadaphorn/Shutterstock

mais de 13 anos

mais de 400 anos Luckyraccoon/Shutterstock

mais de 200 anos Jesus Keller/Shutterstock

mais de 100 anos

mais de 5 anos

Daffodilred/Shutterstock

de 6 meses a um ano Gena96/Shutterstock

3 a 6 meses

Fonte: Consumo sustentável : manual de Educação. Brasília: Consumers International/MMA/MEC, 2005.

Tempo de vida médio do brasileiro é de aproximadamente 73 anos (IBGE, 2009).

42


CAPÍTULO

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

REDUZIR AO MÁXIMO A PRODUÇÃO DE LIXO

AMj Studio

ALTERNATIVA PARA O LIXO = 3 Rs

1

REUTILIZAR TUDO QUE FOR POSSÍVEL

2 3 4 5 6 7 8

Esses princípios são alicerçados em um novo conceito sobre o que vem a ser lixo. Em geral, entende-se por lixo restos de tudo aquilo que fazemos, no dia a dia, e que consideramos inútil, indesejável ou descartável. Ocorre que boa parte do lixo, na verdade, não é lixo, pois muitos materiais que estão no lixo são materiais que ainda poderiam ser utilizados ou reciclados e estão, ali, no local inadequado. Assim, um dos objetivos do gerenciamento dos refugos urbanos é a REUTILIZAÇÃO de alguns produtos descartáveis. Frascos de vidro que foram usados para acondicionar produtos alimentícios podem ser reaproveitados na própria cozinha, ou servir de potes para guardar miudezas. Um sapato furado, uma roupa que ficou larga ou o rádio que quebrou também não precisariam ser descartados: toda cidade tem pessoas especializadas O uso de canecas é uma no reparo desses objetos. Pneus velhos de carros podem ser reutilizados de várias formas: prática ambientalmente recauchutados, ganham nova vida útil; recortados, podem virar sola de sapatos e outros correta, pois evita o conartefatos; triturados, podem ser utilizados para fabricar tapetes ou misturados ao asfalto sumo desnecessário de para pavimentação de estradas. copos descartáveis. É claro que o reaproveitamento nem sempre é viável. Existem materiais que, se reaproveitados, podem oferecer riscos à saúde. Frascos de produtos de limpeza ou de agrotóxicos, por exemplo, devem ser descartados. Basta usar o bom senso e seguir a orientação do fabricante, assim temos que nos preocupar se a reutilização do material é devidamente higiênica e respeitar as características dos materiais. Outra opção para a diminuição do refugo urbano é RECICLAR. O material pode ser aproveitado como matéria-prima na produção de novos bens. Com isso, economizam-se energia e matéria-prima original. A reciclagem consiste na recuperação de materiais, modificando-os em suas propriedades físicas e químicas em processos de obtenção de novos materiais. Muitos desses processos são conduzidos por meio da fusão dos materiais com posterior solidificação em um processo de moldagem para obtenção de novos objetos, como na reciclagem de metais, plásticos e vidros. Nesses processos, são adicionados outros materiais para conferir novas propriedades aos novos materiais que se deseja. Outros processos são caracterizados pelo desenvolvimento de reações químicas, como a reciclagem de papéis.

Hely Demutti

FACILITAR A RECICLAGEM

43


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

Processos de produção

Processos de reciclagem

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

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

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

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

Petróleo ou gás natural, ou carvão mineral.

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

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

Redução do volume de lixo (o saco plástico demora quarenta anos para desaparecer, e as garrafas de plástico, cem anos). Economia de energia (1 kg de plástico equivale a 1 L de petróleo em energia). Economia de petróleo (uma tonelada reciclada economiza 130 kg de petróleo). Menor preço dos artefatos produzidos. Melhoria no processo de decomposição da matéria orgânica nos aterros sanitários. Obtenção de outros produtos, como calça jeans, carpetes, mangueiras, cordas, sacos e para-choques.

Vidro

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

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

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

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

Metal

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

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

Seleção de sucatas no lixo. Fusão. Conformação.

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

MATERIAIS E PROCESSOS DE SEPARAÇÃO

Material

Papel

Plástico

44

Vantagens da reciclagem


CAPÍTULO

PERCENTUAL DO MATERIAL QUE É RECICLADO Matéria-prima

resíduos orgânicos domésticos 1,5%

Material

Matéria-prima

embalagens de vidro 45%

Fotos: Hely Demutti

Material

1 2 3 4

plástico 20%

5

resina plástica PET (polietilenotereftálico) 47%

6 7 8

óleo lubrificante 22%

papelão ondulado 77% (volume total)

papel 37%

latas de alumínio 92,2%

Fonte: <www.cempre.org.br>. Dados de 2005.

Apenas 11% dos resíduos urbanos são reciclados no Brasil.

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

45


Destino dos resíduos não reutilizáveis ou recicláveis

MATERIAIS E PROCESSOS DE SEPARAÇÃO

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

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Critério

Classificação

Características/observações

Exemplos

Natureza física

Seco

Material seco: se separado adequadamen- Papéis, plásticos, metais, couros tratados, tecidos, te, poderá ser isolado com facilidade para vidros, madeiras, cerâmicas, guardanapos e reciclagem. toalhas de papel, pontas de cigarro, isopor, lâmpadas, parafina, porcelana, espumas, cortiças.

Úmido

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

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

Origem em relação a seres vivos

Orgânico

Materiais originados de organismos vivos.

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

Inorgânico

Materiais de produtos manufaturados.

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

Origem em relação à atividade humana

Domiciliar

Originado da vida diária das residências, podendo conter alguns resíduos tóxicos.

Produtos deteriorados, jornais, revistas, garrafas, embalagens em geral, papel higiênico, fraldas descartáveis, sobras de alimentos, pilhas.

Comercial

Originado dos diversos estabelecimentos comerciais e de serviços, como supermercados, estabelecimentos bancários, lojas, bares, restaurantes etc.

Papéis, plásticos, embalagens diversas e resíduos de asseio dos funcionários e usuários, tais como toalhas de papel, guardanapos, papel higiênico.

Setor público e de serviços de saúde

Originado dos serviços de limpeza urbana, Restos de vegetais diversos, embalagens. incluindo todos os resíduos de varrição das vias públicas, limpeza de praias, galerias, córregos, sobras de podas de plantas, limpeza de feiras livres etc.

Hospitalar

Descartado por hospitais, farmácias, clínicas veterinárias: merece cuidado especial no acondicionamento, manipulação e disposição final, devendo ser incinerado e os resíduos levados para aterro sanitário.

Algodão, seringas, agulhas, restos de remédios, luvas, curativos, sangue coagulado, meios de cultura e animais utilizados em testes, resina sintética, filmes fotográficos de raios X.

Portos, aeroportos, terminais rodoviários e ferroviários

Constituem resíduos sépticos, ou seja, que contêm ou potencialmente podem conter germes patogênicos.

Basicamente originam-se de material de higiene pessoal e restos de alimentos, que podem hospedar doenças de outras cidades, estados e países.


CAPÍTULO

CLASSIFICAÇÃO DO LIXO Critério

Classificação

Origem em relação à atividade humana

Industrial

Radioativo

Espacial

Características/observações

Exemplos

Originado das atividades industriais: Cinzas, lodos, óleos, resíduos alcalinos ou ácidos, nessa categoria inclui-se grande plásticos, papéis, madeiras, fibras, borrachas, quantidade de lixo tóxico que necessita de metais, escórias, vidros, cerâmicas. tratamento especial, dado o potencial de contaminação.

1 2 3 4

Resíduos provenientes da atividade nuclear, Resíduos de atividades com urânio, césio, tório, os quais permanecem em atividade por radônio, cobalto. milhares de anos: têm tratamento e disposição final bastante específica. Lixo cósmico.

5 6 7

Pedaços de satélites, foguetes, tanques de combustível, parafusos, ferramentas, luvas perdidas por astronautas.

Agrícola

Resíduos sólidos das atividades agrícolas e pecuárias (as embalagens dos agroquímicos são lixo tóxico e têm de ser tratadas adequadamente).

Embalagens de adubos, defensivos agrícolas, ração, restos de colheita.

Entulho

O entulho é geralmente um material inerte, passível de reaproveitamento.

Resíduos da construção civil: demolições e restos de obras, solos de escavações.

8

No lixo domiciliar, por exemplo, encontramos diversos materiais que podem ser reciclados. O lixo industrial precisa passar por processos especiais de tratamento para isolar os agentes poluentes. Já o lixo radioativo, perigosíssimo, tem de ser armazenado em locais muito bem isolados e protegidos. O lixo orgânico se refere a restos de animais e vegetais, principalmente sobras de alimentos. Esses materiais se decompõem em curto prazo e, por isso, podem ser transformados em algum tipo de adubo. Essa classificação de “orgânico” não coincide com a utilizada na Química. Em Química, Orgânica é a área que estuda as substâncias de carbono; e Inorgânica, a área que estuda as substâncias dos demais elementos químicos. Durante o estudo da Química, em outros capítulos, vamos discutir com mais propriedade essa diferenciação de Química Orgânica e Química Inorgânica. Os materiais do lixo seco apresentam grande potencial para reaproveitamento ou reciclagem, mas podem ser prejudicados quando em contato com o lixo úmido. Em geral, o lixo úmido tem origem em seres vivos (lixo orgânico). Por isso, recipientes de plásticos e latas devem ser secos antes de colocados no lixo. Conclusão – regra básica para separação do lixo domiciliar: nunca misture lixo úmido com lixo seco. Os diferentes tipos de lixo têm propriedades físicas e químicas diferentes. O conhecimento das propriedades permite o desenvolvimento de tecnologias adequadas para tratamento. Esse estudo implica a necessidade do conhecimento da composição dos materiais.

Alexandre Tokitaka/Pulsar Imagens

Fonte: <www.slu.df.gov.br>. Acesso em: 26 jan. 2001. (Adaptado)

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

47


Atitude sustentável Destino de resíduos sólidos domésticos MATERIAIS E PROCESSOS DE SEPARAÇÃO

b Separe o lixo seco, como papéis, papelões, vidros, metais e plásticos, e entregue-os a um catador ou aos postos de coleta seletiva. b Nunca coloque lixo úmido junto a lixo seco destinado à coleta seletiva. b Preste atenção na separação do lixo seco nos coletores de coleta seletiva; muitos plásticos de embalagens, às vezes, são confundidos com papel, por exemplo, os chamados “papel de bala” que são de plástico, assim como há garrafas plásticas que se confundem com vidro. b Materiais de madeira, de tecido e de isopor, em geral, devem ser reaproveitados e só são destinados à coleta seletiva quando envolvidos no processo de empresas especializadas no reaproveitamento ou reciclagem desses materiais. Osvaldo Sequetin

A rota do lixo

1. Consumimos e geramos lixo…

3. coletamos… 2. separamos…

4. reciclamos…

5. os produtos reciclados voltam ao mercado…

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

Fonte: www.cempre.org.br

b Plásticos aluminizados, espelhos e vidros planos, lâmpadas incandescentes, esponjas de aço, espumas, cerâmicas e canos são materiais de difícil reciclagem pelo elevado custo operacional, ou seja, pela inexistência de empresas recicladoras. b Papel higiênico, guardanapos, lenços de papel e fraldas descartáveis sujos não são recicláveis. Devem ir para o lixo orgânico. b Pilhas de uso comum que receberam o selo de descarte e as do tipo botão usadas em relógios, calculadoras e brinquedos ainda podem ser descartadas em lixos domésticos, segundo resolução do Conselho Nacional do Meio Ambiente (Conama). b Baterias de celulares, automóveis e industriais devem ser devolvidas à rede de assistência técnica autorizada e indicada pelas indústrias. b Disquetes e CDs devem ser separados como lixo seco para reciclar como plástico normal. b Cartuchos de impressoras – tente sempre a recarga, caso não seja mais possível, separar como lixo seco para reciclar como plástico. b Roupas, brinquedos, materiais escolares e utensílios domésticos ainda em condições de reaproveitamento devem ser destinados a instituições sociais que os encaminhem adequadamente para comunidades assistidas.

48


CAPÍTULO

FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

Debata e entenda

1. Tudo o que se joga fora pode ser considerado lixo? Justifique a resposta. 2. Identifique alguns dos problemas ambientais e de saúde causados pelo acondicionamento inadequado do lixo. 3. Procure o serviço de limpeza urbana de sua cidade e tente descobrir quanto lixo, em média, cada habitante pro-

1

duz por dia. Compare os dados obtidos com os dados apresentados na tabela abaixo e indique os fatores que podem contribuir para a diferença entre a produção diária per capita de diferentes municípios. Quantidade diária de Resíduos Sólidos Urbanos (RSU) em algumas capitais do Brasil

3

Capitais

Área (km2)

Quantidade diária RSU (t/dia)

População

2 465

240,0

228 543

1 050

Rio Branco (AC)

9 877

379,5

314 390

950

Aracaju (SE)

181

592,0

579 563

1 021

João Pessoa (PB)

210

786,5

730 393

1 077

Maceió (AL)

511

1023,7

942 478

1 086

325

3679,5

2 692 869

1 366

Brasília (DF)

5 802

4031,0

2 522 692

1 599

Cuiabá (MT)

3 971

570,0

545 857

1 044

331

2990,8

2 385 639

1 254

Rio de Janeiro (RJ)

1 261

8263,0

6 355 949

1 300

São Paulo (SP)

1 525

14261,3

11 196 263

1 274

89

342,0

330 526

1 035

Belo Horizonte (MG)

Vitória (ES)

4

Quantidade per capita (g/dia)

Palmas (TO)

Salvador (BA)

2

Curitiba (PR)

430

2175,4

1 764 540

1 233

Porto Alegre (RS)

496

1635,5

1 413 094

1 157

5 6 7 8

Fonte: ABREPEL, 2011 e IBGE, 2011.

4. Analise atentamente, na tabela abaixo, os dados sobre a evolução histórica da caracterização dos resíduos no município de São Paulo. Variação na composição dos resíduos sólidos em São Paulo (%) Tipos de material Matéria orgânica

1927 82,5

Papel, papelão, jornal

13,4 — 1,5

PET, isopor, plástico mole e duro Trapos e panos

1957

1969

1976

1991

76

52,2

62,7

60,6

16,7

29,2

21,4

13,9

1,9

5

11,5

2,7

3,8

2,9

4,4

1996

1998

2000

2003

55,7

49,5

48,2

57,88

16,6

18,8

16,4

10,45

14,3

22,9

16,8

17,04

5,7

3

3,9

Vidro

0,9

1,4

2,6

1,7

1,7

2,3

1,5

1,3

1,61

Metais e latas

1,7

2,2

7,8

4

3,5

2,8

2,9

3,3

2,15

Fonte: Dados de resíduos LIMPURB, 2006. Dimensões de Gênero no Manejo de Resíduos Domésticos em Áreas Urbanas e Peri Urbanas.

Responda: a) Quais foram as mudanças que você observou em relação aos materiais jogados no lixo durante o período de 1927 a 2003 citado na tabela? Como você justificaria as mudanças? b) Que mudanças ocorreram no século passado em relação às embalagens dos produtos de consumo? 5. Relacione as embalagens que não devem ser reaproveitadas e justifique o motivo da restrição. (Cuidado! A reutilização indiscriminada de garrafas, potes e outros vasilhames constitui risco potencial à saúde.) 6. Cite as principais contribuições ambientais da reciclagem. 7. Seguindo a recomendação dos 3Rs, como você avalia o comportamento de pessoas que compram refrigerantes em lata para recolhê-las para reciclagem a fim de receber prêmios de campanhas promovidas pelas fábricas produtoras? 8. O lixo de portos, aeroportos, terminais rodoviários e ferroviários podem ser reciclados? Como esse processo deveria ser feito?

49


R

eduzir o consumo de materiais tem sido o foco desta unidade. Do ponto de vista da Química, o que vem a ser um material?

Pense

Hely Demutti

Qual é a diferença entre material e substância?

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

Hely Demutti

MATERIAIS E PROCESSOS DE SEPARAÇÃO

TRANSFORMAÇÕES E PROPRIEDADES DAS SUBSTÊNCIAS

1 MATERIAIS E SUBSTÂNCIAS

50

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

Os materiais e as substâncias são objetos de estudo da Química. Para um estudo mais eficiente, é fundamental que tenhamos bem claro esses e outros conceitos. Para a Química, material é qualquer porção de matéria. De modo geral, podemos dizer que os materiais são misturas de substâncias. Por exemplo, o solo é formado pela combinação de minerais, óxido de ferro (FeO), silicatos (SiO2), água (H2O) etc.; o ar é formado pela mistura de gases nitrogênio (N2), oxigênio (O2), hidrogênio (H2) etc.; e o leite é uma mistura de substâncias: água (H2O), ácido láctico (C3O3H6), cloreto de sódio (NaCl) etc. Na natureza, poucas são as substâncias encontradas dissociadas de outras. O ouro (Au), dissociado do diamante e do grafite, que são formas do carbono (C), são exemplos raros dessas situações. Do ponto de vista operacional da Química, podemos definir material como porção da matéria que contém mais de uma substância. Em geral, a matéria se apresenta como material, e não como substância. Normalmente, as substâncias podem ser extraídas de minérios. O ferro é obtido a partir da hematita e o cobre, da cuprita. Esse processo consiste em purificar o material, ou seja, reduzi-lo a uma substância. Para os químicos, puro significa que contém uma só substância. A pureza é um conceito relativo. A água da bela cachoeira pode ser pura o suficiente para tomar banho e lavar roupa, mas talvez não seja potável para consumo humano, como a água de uma mina. Por sua vez, a água mineral, que é ótima para consumo humano, não serve para ser colocada em uma bateria de chumbo, usada em automóveis, por conter substâncias que diminuem a sua vida útil. Para tal finalidade, é utilizada água destilada. Essa água destilada poderá, no entanto, não ser suficientemente pura para determinadas aplicações químicas. Pode ser necessário o uso de água bidestilada. Esta, por sua vez, ainda conterá, em menores quantidades, outras espécies químicas que não a própria água. Como se pode notar, o conceito de substância é um conceito ideal. É possível obter graus de pureza maiores do que 99,99%, mas nunca teremos 100% de pureza. Na linguagem cotidiana, empregamos o termo “puro” para indicar que o material não foi adulterado, ou seja, não foi falsificado, é de boa qualidade, ou não está contaminado. Geralmente, essa denominação é usada também para indicar que o material é de origem natural e não passou por adição de outras substâncias ou materiais. Dessa maneira, o grau de pureza para classificação de um material como puro é relativo. Assim, por exemplo, o álcool 95° (95 mL de álcool e 5 mL de água) é considerado puro para determinados fins farmacêuticos. Para o químico, é uma mistura de água e álcool. Empregamos o termo substância quando o material tem um grau de pureza adequado aos parâmetros experimentais a que se destina. É muito difícil encontrarmos substâncias isoladas na natureza. A purificação dos materiais é frequentemente realizada em laboratórios. Assim, como vimos, os materiais encontrados na natureza ou nos produtos que consumimos são, em geral, misturas de substâncias. No presente capítulo, veremos mais adiante como podemos isolar as substâncias existentes nos materiais.


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CAPÍTULO 1 2 3

mel puro

açúcar puro

café descafeinado

4

banha pura

5 Muitos desses materiais são identificados nos rótulos como “puros”. Mas, apesar de puros quanto à origem, são misturas de várias substâncias.

6

Classificação dos materiais

7 8

Pense Fotos: Hely Demutti

Analise os materiais apresentados nas fotos abaixo e procure classificá-los em dois grupos, usando critérios de aparência.

água e óleo

sal e açúcar

água e álcool

água e areia

Os químicos classificam os materiais quanto ao aspecto em duas grandes categorias: materiais homogêneos e materiais heterogêneos. Os materiais homogêneos apresentam aspecto uniforme em toda a extensão, ou seja, de ponto a ponto. Os materiais heterogêneos apresentam mais de um aspecto na extensão, ou seja, são multiformes de ponto a ponto. Material homogêneo: é um tipo de material cujo aspecto é uniforme de ponto a ponto. Material heterogêneo: é um tipo de material cujo aspecto é multiforme de ponto a ponto. Quando temos um material heterogêneo, cada região do material que apresenta os mesmos aspectos é denominada fase. Os materiais homogêneos têm apenas uma fase, por isso, são também chamados monofásicos. Muitos materiais homogêneos podem se tornar heterogêneos, dependendo da variação da quantidade de um dos seus componentes. Por exemplo, se adicionarmos uma quantidade de sal superior à sua solubilidade em água em determinada temperatura, ou seja, superior à quantidade que a água pode dissolver àquela temperatura, este vai se depositar no fundo do recipiente, e teremos aí um material heterogêneo. Vemos, assim, que misturas de muitas substâncias podem ser homogêneas ou heterogêneas, dependendo das quantidades presentes no material.

51


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Muitos materiais são homogêneos em uma faixa de proporção entre as substâncias que os constituem. Esses materiais são denominados soluções. Nas soluções, um material em menor quantidade, o soluto, está dissolvido em outro em maior quantidade, o solvente. Para os químicos, o preparado de leite em pó não é uma mistura, pois ele só é homogêneo em determinada quantidade de leite adicionado em água. Se a proporção não for adequada, o que teremos é um material heterogêneo.

52

Solução: material que se apresenta na forma homogênea somente dentro do limite de proporção entre as substâncias nele contidas. A uniformidade de aspecto de um material depende do instrumento de observação utilizado. O que parece homogêneo a olho nu pode não o ser quando observado com uma lupa ou com um microscópio. Nesse sentido, os químicos classificam os materiais heterogêneos em coloide e agregado. O coloide é um tipo de material cujo aspecto multiforme somente é constatado com instrumentos ópticos de alta resolução, ou seja, por instrumentos que conseguem distinguir dois pontos diferentes, ainda que estejam bem próximos. O agregado é um material cujo aspecto multiforme é percebido a olho nu ou com instrumentos ópticos de baixa resolução. Já os materiais cujo aspecto é uniforme, mesmo quando utilizados instrumentos ópticos de alta resolução, são classificados como homogêneos. Percebe-se, assim, que a identificação de agregado é muito fácil. Já a diferenciação entre coloide e material homogêneo depende da utilização de instrumentos ópticos. Como são poucos os materiais coloidais, trataremos os materiais em geral com aspecto uniforme como homogêneos.

Agregado é um tipo de material heterogêneo cuja multiformidade é constatada por meio de instrumentos de baixa resolução.

Coloide é um tipo de material heterogêneo cuja multiformidade é constatada apenas por meio de instrumentos de alta resolução.

Os agregados são materiais heterogêneos facilmente identificados a olho nu. No copo ao lado temos um material heterogêneo, constituído por várias fases cuja multiformidade pode ser percebida a olho nu: material argiloso (terra) depositado ao fundo, fragmentos de rocha (pedras), material argiloso em suspensão na água (terra) e fragmentos de vegetais flutuando na superfície.

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

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

Mistura: material que se apresenta na forma homogênea independentemente da proporção em que estão as substâncias nele contidas.

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MATERIAIS E PROCESSOS DE SEPARAÇÃO

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


material

homogêneo

solução

mistura

heterogêneo

agregado

coloide

Exercícios 1. Explique por que não podemos identificar pela aparência a pureza dos materiais que são lançados no lixo.

2. Qual é a importância de diferenciar material de substância?

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

4. Em que sentido geralmente se emprega o termo pureza? 5. Como o químico identifica o grau de pureza de um material? 6. (UnB-DF) Julgue os itens abaixo, marcando C para os corretos e E para os errados. 1) A água é um material heterogêneo que resulta da reunião de hidrogênio e oxigênio. 2) Materiais quimicamente puros são de origem natural. 3) Produtos químicos, como detergentes e loções para a pele, contêm mais de uma substância. 4) Uma substância sempre constituirá um sistema monofásico.

7. (FEI-SP) Num tubo graduado A, adicionaram-se água, óleo de cozinha e álcool etílico, nessa ordem. Em um tubo B, adicionaram-se álcool etílico, água e óleo de cozinha, nessa ordem. O número de fases nos tubos A e B são, respectivamente: (Dados: densidade da água > densidade do óleo > densidade do álcool)

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1 2 3 4 5 Uma substância geralmente se apresenta em um sistema monofásico. Em alguns casos, porém, pode se apresentar com mais de uma fase, como esse copo que contém água destilada nos estados líquido e sólido.

6 7 8

FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

a) 3 e 3. b) 2 e 2.

c) 2 e 3. d) 3 e 2.

CAPÍTULO

Esse sistema de classificação dos materiais é operacional, ou seja, depende do observador e do instrumento utilizado para observação. Não há uma regra geral que permita definir se dois materiais, quando misturados, vão formar um agregado ou um sistema coloidal. Esse tipo de imprevisibilidade é que dá à Química seu caráter experimental. As substâncias geralmente se apresentam em sistemas monofásicos, mas também podem se apresentar em sistemas heterogêneos. Isso acontece quando, por exemplo, temos um copo com água destilada nos estados líquido e sólido. Veja, então: não temos como diferenciar substância de materiais pelas aparências, pois os sistemas homogêneos podem ser uma substância ou um material. E ainda é possível ter sistemas heterogêneos em que se encontra apenas uma substância. Os materiais, portanto, podem ser classificados conforme o sistema a seguir.

e) 1 e 1.

8. (Fuvest-SP-Adaptado) Em alguns países, o lixo orgânico e o lixo inorgânico são colocados em recipientes diferentes. Devem ser colocados no recipiente rotulado “lixo inorgânico”, seguindo a classificação de lixo quanto à origem de seres vivos: a) cacos de vidro e latas de refrigerante. b) trapos de limpeza e cacos de louça. c) cascas de ovos e de frutas. d) embalagens de plástico e de alumínio. e) papel e flores murchas.

9. (PUC-SP) Considere as substâncias que se seguem e os correspondentes estados de agregação nas condições ambientais: I – cloreto de potássio (sólido). II – bromo (líquido). III – água (líquido). IV – monóxido de carbono (gasoso). V – nitrogênio (gasoso). Entre essas substâncias, aquelas que, misturadas em quaisquer proporções, sempre formam sistemas monofásicos são: a) IV e V. c) II e III. e) III e IV. b) I e III. d) III e V.

53


MATERIAIS E PROCESSOS DE SEPARAÇÃO

10. (UFRGS-RS) Analise os sistemas materiais abaixo, es-

a) homogêneo, homogêneo, heterogêneo e heterogêneo.

tando ambos na temperatura ambiente. Sistema I: mistura de 10 g de sal de cozinha, 30 g de areia fina, 20 mL de óleo e 100 mL de água. Sistema II: mistura de 2,0 L de CO2, 3,0 L de N2 e 1,5 L de O2. Sobre esses sistemas é correto afirmar que: a) ambos são heterogêneos, pois apresentam mais de uma fase. b) em I, o sistema é bifásico, após forte agitação, e, em II, é monofásico. c) em I, o sistema é trifásico, após forte agitação, e, em II, é monofásico. d) ambos apresentam uma única fase, formando sistemas homogêneos. e) em I, o sistema é trifásico, independentemente da ordem de adição dos componentes, e, em II, é bifásico.

b) heterogêneo, heterogêneo, homogêneo, homogêneo.

11. (Mack-SP) Granito, refresco de xarope de groselha, água mineral fluoretada e sangue visto ao microscópio são, respectivamente, exemplos de materiais:

c) homogêneo, heterogêneo, heterogêneo e homogêneo. d) heterogêneo, homogêneo, homogêneo e heterogêneo. e) heterogêneo, homogêneo, homogêneo e homogêneo.

12. (FGV-SP) Uma mistura de açúcar, areia e sal de cozinha é tratada com água em excesso. Quantas fases existirão no sistema final resultante? a) 5.

b) 4.

c) 3.

d) 2.

e) 1.

13. (Uema) Constitui um sistema heterogêneo o material formado de: a) água e acetona. b) gases N2 e CO2. c) querosene e óleo diesel. d) cubos de gelo e solução aquosa de açúcar (glicose). e) água e xarope de groselha.

2 PROCESSOS DE SEPARAÇÃO DE MATERIAIS

C

omo vimos anteriormente, é raro encontrarmos na natureza materiais puros. A água encontrada em rios, lagos e mares, por exemplo, é uma solução cujos solutos são sais minerais e gases dissolvidos. Contudo, de modo geral, os químicos precisam controlar muito bem as reações e os processos desenvolvidos em seu trabalho, o que exige, normalmente, o uso de substâncias. Para obtê-las, são utilizados dois processos básicos: a síntese química (processo químico) ou a extração de materiais (processo físico). Muito comumente, esses dois processos são empregados de forma combinada. A síntese química é o processo a partir do qual reagentes e condições físicas são controlados de forma a se obterem novas substâncias ou materiais desejados. Ela ocorre, por exemplo, nos processos de fermentação, na produção de sabão e na indústria petroquímica. Nos processos físicos não há formação de novas substâncias, mas obtêm-se substâncias por meio de sua extração de materiais nos quais elas estão presentes associadas a outras substâncias. Como exemplos de processos físicos, podemos citar a extração de essências de vegetais para produzir perfume, a destilação da garapa fermentada para produção de álcool e a extração de diferentes componentes do petróleo. Geralmente, após a extração, os materiais são purificados até se obter o produto nas condições desejadas. Os processos utilizados para a extração de substâncias, chamados separação de mistura ou purificação de materiais, correspondem a uma das atividades básicas do químico. Muitos desses processos são empregados diariamente por você.

Pense Enumere exemplos de processos de separação de materiais utilizados no dia a dia.

54


CAPÍTULO

Entre os processos utilizados diariamente para separar materiais, podemos citar: coar o café, catar o feijão, centrifugar a roupa na máquina de lavar, aspirar a poeira do chão, peneirar areia, fazer coleta seletiva de lixo etc. Todos esses métodos envolvem técnicas simples e podem ser explicados por meio das propriedades dos materiais. Por exemplo, a coleta seletiva exige a separação correta de materiais, que muitas vezes confundem as pessoas. Por exemplo, o “papel de bala” atualmente é feito de plástico e deve ser separado como plástico. Mais do que a aparência, temos de observar atentamente as demais propriedades dos materiais.

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

1 2

Tuca Vieira/Folha Imagem

Helia Scheppa/JC Imagem

3 4 5 6 7 8

A seguir, vamos conhecer os principais processos usados pelos químicos em laboratórios, muitos deles empregados por você em casa.

Filtração Pense

H el

yD

em

ut t

i

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

Hely Demutti

Qual é o método convencional para separar partículas e pequenos organismos da água que bebemos em nossa casa?

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

A técnica de filtração é também muito empregada em laboratórios.

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Química Q uímica na escola

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

Separando materiais sólidos de líquidos MATERIAIS E PROCESSOS DE SEPARAÇÃO

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

Materiais • • • • • • •

anel metálico papel-filtro 2 béqueres funil de vidro água bastão de vidro areia

Procedimento Parte A – Aprendendo a dobrar o papel-filtro 1. Dobre o papel-filtro ao meio formando um semicírculo. 2. Faça uma segunda dobra não exatamente ao meio, mas de tal modo que as duas extremidades fiquem afastadas mais ou menos meio centímetro. 3. Coloque o papel-filtro no funil e molhe-o com água. Coloque o conjunto sobre o anel metálico preso à haste metálica. Parte B – Aprendendo a filtrar 1. Coloque no béquer cerca de uma colher de areia e de 100 mL de água (aproximadamente meio copo). 2. Filtre a suspensão preparada, vertendo-a lentamente no funil e coletando o líquido no outro béquer. 3. Cuidadosamente, com o auxílio do bastão de vidro, retire a areia do papel-filtro, colocando-a em outro béquer.

Destino dos resíduos 1. O resíduo sólido dessa atividade deve ser devolvido à origem ou descartado no lixo seco. O material filtrado pode ser descartado no sistema de esgoto. 2. Como a água não será utilizada para consumo, o papel-filtro pode ser lavado, secado e reaproveitado em outras práticas.

1. As propriedades físicas específicas são características das substâncias, sendo as mais utilizadas a densidade, a solubilidade, a temperatura de fusão e ebulição. Com base no que você observou, de qual propriedade específica depende o processo de filtração? 2. Qual é a propriedade, ou seja, a característica que um material deve ter para ser usado como filtro?

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

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Hely Demutti

Análise de dados


CAPÍTULO

Decantação Pense

1

Como você pode separar uma mistura de areia e água? O que você faria para separar o óleo e a água contidos em um recipiente?

3

O funil de decantação possibilita a separação de líquidos imiscíveis com densidades diferentes pelo controle da torneira.

Hely Demutti

4

Hely Demutti

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

6

8

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

Centrifugação

5

7

Hely Demutti

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

2

Pense O vinho é uma solução ou uma substância? Por quê? É possível extrair o álcool do vinho por decantação? Que propriedade específica pode ser usada para separar o álcool do vinho? Justifique. A centrífuga é muito utilizada em análises clínicas de sangue. Nela são colocados tubos de ensaio com sangue que, ao serem rotacionados em alta velocidade, causa decantação de material sólido no fundo dos tubos, os quais são separados para análise.

57


Destilação

Osvaldo Sequetin

MATERIAIS E PROCESSOS DE SEPARAÇÃO

O processo usado para separar o álcool do vinho é a destilação. Ela se baseia na diferença de temperatura de ebulição dos componentes dos materiais. Durante o aquecimento, as substâncias que atingem a temperatura de ebulição evaporam-se. Depois, por refrigeração, voltam ao estado líquido e são recolhidas. A destilação é um processo largamente utilizado na sociedade em que vivemos. A partir da destilação de caldo de cana fermentado se obtém cachaça. Nesse caso, a destilação ocorre por meio de alambiques. Alambiques são destiladores feitos de cobre, vidro ou aço inox. Os alambiques, como o ilustrado abaixo, são constituídos de uma base (1), chamada caldeira ou panela, na qual se coloca o material a ser destilado, conectada ao capitel ou capacete, que tem a função de resfriar os gases liberados. O capacete (2) é ligado a um tubo no formato de pescoço de cisne (3), que transporta os vapores até a serpentina. A serpentina (4) é um tubo no formato de espiral, disposto em um recipiente, no qual circula água fria. Nesse local, os vapores serão condensados por resfriamento e apresentam grande quantidade de álcool etílico. O líquido, então, é recolhido em um recipiente adequado (5). Para entender como se dá esse processo, acompanhe atentamente a demonstração do experimento a seguir.

3 2 4

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

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5

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

1

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


CAPÍTULO

Osvaldo Sequetin

Destilação simples Termômetro

1 Saída de água

2 Condensador

Material a ser destilado Suporte metálico

Bico de Bunsen

Balão de destilação Tela de amianto Suporte metálico

Entrada de água Erlenmeyer

Tripé

Líquido destilado

3

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

4 5 6 7 8

Materiais • • • • • • •

bico de Bunsen béquer suporte metálico anel metálico tela de amianto condensador balão de destilação

• • • • •

termômetro mangueiras de borracha erlenmeyer garras metálicas vinho tinto

Procedimento 1. 2. 3. 4. 5.

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

Destino dos resíduos O resíduo dessa atividade pode ser descartado no sistema de esgoto, em água corrente.

Análise de dados 1. De acordo com o que você observou durante a ebulição do vinho, a temperatura permaneceu constante? Justifique com base em seus conhecimentos. 2. Qual é a temperatura de ebulição do vinho nessa destilação? 3. Explique como o álcool foi separado do vinho. 4. A temperatura de ebulição do álcool será sempre a mesma? Justifique. 5. Qual é a finalidade da passagem da água no condensador? 6. Qual é a propriedade física utilizada para separar substâncias por meio da destilação?

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Destilação fracionada

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

Rubens Chaves/Pulsar Imagens

MATERIAIS E PROCESSOS DE SEPARAÇÃO

Hely Demutti

A destilação fracionada é um processo de separação que se baseia na diferença da temperatura de ebulição dos componentes da mistura. Os materiais são colocados em recipientes e aquecidos. As substâncias que possuem temperaturas de ebulição mais baixas entram em ebulição e são expulsas do líquido. À medida que a temperatura aumenta, outras substâncias atingem temperaturas de ebulição e mudam de estado físico, sendo expulsas do líquido. Os vapores que são expulsos do líquido passam por uma alta coluna de fracionamento. A temperatura da coluna diminui gradativamente da base ao topo. Dessa forma, os líquidos mais voláteis se liquefazem primeiro e são retirados da coluna por saídas laterais. As substâncias mais voláteis sobem mais e são retiradas da coluna na sequência. Nesse sistema cada substância, ou grupo de substâncias com valores de temperatura de ebulição próximos, sai a determinada altura da coluna, permitindo a separação de misturas formadas por grandes variedades de substâncias. Uma das aplicações mais comuns da destilação fracionada é no refino do petróleo. Nesse caso, a destilação industrial é realizada em uma coluna cilíndrica, chamada torre de destilação, que apresenta escoadouros, onde a cada espaço são retirados frações ou produtos com diferentes temperaturas de ebulição. No caso do petróleo, as frações mais comuns são: gás natural, gás liquefeito de petróleo (GLP), éter de petróleo, benzina, gasolina, querosene, óleo diesel, óleo lubrificante, vaselina, parafina, asfalto e coque.

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

Cromatografia A cromatografia é um processo de separação muito utilizado pelos químicos. Ela é realizada utilizando um material capaz de reter em sua superfície as substâncias que estão sendo separadas. O procedimento é feito pela utilização de duas fases: fase estacionária e outra móvel. A fase móvel consiste de um líquido ou gás que passa pela fase estacionária, arrastando o material a ser separado. Como as substâncias constituintes do material têm propriedades diferentes, algumas são arrastadas mais rapidamente do que outras. Por causa dessa diferença de tempo de arraste, as várias substâncias da mistura migram

60


Hely Demutti

CAPÍTULO

de forma diversa por causa da interação com a fase fixa, como veremos no experimento a seguir. A cromatografia é muito utilizada em laboratórios de análise de substâncias orgânicas na identificação, por exemplo, de substâncias encontradas nos vegetais.

1 2 3

Os cromatógrafos,, como o da foto, são largamente usados na medicina, no processo de separação e posterior identificação de diversas substâncias. Esse equipamento é bastante sofisticado, mas se baseia no mesmo princípio ilustrado no experimento a seguir.

4 5 6 7

Química na escola

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

8

Separando componentes da tinta de caneta Esse experimento pode ser feito em grupo no laboratório, na sala de aula ou em casa.

Materiais • papel-filtro • caneta preta ou caneta hidrocor (azul, roxa ou verde) • vidro de relógio (ou pires)

• álcool • béquer ou copo

Procedimento 1. 2. 3. 4.

Corte, no formato de retângulo de 1 cm por 6 cm, um pedaço do papel-filtro (pode ser filtro para café). Desenhe, com a caneta preta, uma pequena bolinha a uma altura de 2 cm da borda do papel-filtro. Ponha álcool em um copo até a altura de 0,5 cm. Coloque o papel dentro do copo, de forma que a bolinha pintada fique próxima ao álcool, sem tocá-lo. Tampe o copo com um vidro de relógio (ou pires). 5. Espere por dez minutos e retire o papel-filtro de dentro do copo. 6. Observe.

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

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

Hely Demutti

Análise de dados

A tinta é um material constituído por várias substâncias que podem ser separadas por cromatografia.

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Extração por solventes A preparação do cafezinho é um processo no qual se utiliza mais de um método de separação.

Pense

Hely Demutti

MATERIAIS E PROCESSOS DE SEPARAÇÃO

O cafezinho que tomamos é um material homogêneo ou heterogêneo? Como as substâncias são extraídas do pó de café? Que propriedade das substâncias permite essa extração? O que acontecerá se tentarmos preparar um cafezinho com água fria?

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

Na preparação do café, além do processo de filtração, utilizamos um processo desolvente Tal processo consiste em extrair uma ou mais subsnominado extração por solvente. tâncias de um material utilizando-se uma de suas propriedades químicas: a solubilidade. Na preparação do café, quando a água quente passa pelo pó extrai substâncias solúveis, restando as não solúveis, como a borra de café. Portanto, o café é uma solução cujo solvente é a água e os solutos são substâncias presentes no pó de café, que são solúveis em água quente. A extração por solvente também é muito utilizada para extrair essências de plantas para o preparo de perfumes.

Ricardo Azoury/Olhar Imagem

Ricardo Azoury/Pulsar Imagens

Recristalização

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

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


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

Lanxess AG

CAPÍTULO

O trabalho do químico no processo de separação de substâncias

1 2 3 4 5 6

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

7 8

Atividades SIMULANDO O TRABALHO DO QUÍMICO NO LABORATÓRIO Imagine agora que você é um químico e recebeu uma amostra de material heterogêneo para determinar a composição. Esse material apresenta duas fases líquidas. Para que possa determinar a composição, você necessita inicialmente separar os componentes do material.

1. Pense como você poderia separar os componentes do material e faça um esquema (diagrama), indicando os processos de separação que você poderia usar. Depois de separadas as fases, você determinou as temperaturas de fusão e de ebulição de cada uma delas e obteve os dados ao lado.

TEMPERATURA DE FUSÃO E DE EBULIÇÃO DE FASES DIFERENTES Fase

Temperatura de fusão

Temperatura de ebulição

1

–15 °C a –19 °C

85 a 91 °C

2

–63,2 °C

61,2 °C

2. Com base nos dados fornecidos, diga se cada fase corresponde a uma substância ou a um material. Justifique. Você determinou que a densidade do material da fase 2 é igual a 1,48 g/cm3. Consultando as tabelas, descobriu que se tratava da substância clorofórmio. Por ter apresentado temperaturas de fusão e de ebulição variáveis, concluiu, ainda, que a fase 1 se tratava de um material.

3. Faça um esquema (diagrama) de separação e proponha um método de separação que poderia ser utilizado para separar os componentes da fase 1. Depois de realizada a separação, foram obtidos dois materiais com as propriedades abaixo. PROPRIEDADES FÍSICAS DOS MATERIAIS Fase

Temperatura de fusão

Temperatura de ebulição

Densidade

1

0 °C

100 °C

1 g/cm3

2

–117 °C

78,3 °C

0,79 g/cm3

4. Ao analisar os dados encontrados para os materiais citados acima, você poderia defini-los como substância ou material? Justifique a resposta. Consultando tabelas das propriedades físicas das substâncias, em livros de Química, você verificou que o material 2 se tratava da substância álcool etílico.

5. Ao analisar as propriedades físicas fornecidas pela tabela anterior, qual substância representa o material 1? 6. De que era constituído o material inicial que você analisou? 7. Os processos desenvolvidos foram químicos ou físicos? Justifique. 8. Qual é a finalidade de se conhecer as propriedades físicas dos materiais obtidos? 63


Exercícios

FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

MÉTODOS DE SEPARAÇÃO DE SUBSTÂNCIAS Método de separação

Propriedade utilizada para separar as substâncias

Exemplos de aplicação do método

Decantação

Densidade

Separar água da areia

1) Tratamento primário – remove grandes objetos e materiais insolúveis nos esgotos. 2) Tratamento secundário – processo biológico que trata da matéria orgânica em solução para remoção de fósforo, nitrogênio e matéria orgânica. 3) Tratamento terciário – aplicação de produtos químicos para retirar a sujeira que as bactérias não conseguiram consumir. A água do esgoto recebe uma dosagem de sulfato de alumínio, Al2(SO4)3, e outros coagulantes para flotar o material. ETAPAS DE TRATAMENTO DE ESGOTO

3. Seria possível utilizar a decantação para separar subs-

Tratamento primário

tâncias de materiais homogêneos? Justifique.

4. Identifique os métodos de separação de substâncias

Esgoto Unidade 1

utilizados no tratamento de lixo.

5. Qual é a importância da utilização de métodos de separação de substâncias para os químicos?

6. Tem-se um material que contém água, alumínio em pó e sulfato de cobre (sólido azul solúvel em água). Responda: a) Quantas fases tem o material? b) Como você faria para separar essas substâncias, recolhendo-as, sem perdê-las?

7. Com relação aos materiais e aos processos de separação, julgue os itens, marcando C para os corretos e E para os errados. 1) Na filtração, as partículas sólidas, por terem tamanho maior que os poros do filtro, ficam retidas nesse material. 2) O sulfato de cobre (sólido azul solúvel na água) pode ser separado do enxofre (sólido amarelo insolúvel na água) por meio da dissolução fracionada seguida de decantação. 3) Um sistema, formado por sólidos, pode ser homogêneo e heterogêneo, dependendo da natureza dos sólidos. 4) A separação de serragem e areia pela água é exemplo de decantação, pois a serragem flutua e a areia precipita-se.

8. A Estação de Tratamento de Esgoto de Brasília, uma das melhores do mundo, consegue reduzir a poluição do lago Paranoá, onde é lançada a maior parte do esgoto da cidade. O sistema de tratamento utilizado nessa estação é ilustrado pelo esquema a seguir. No esquema apresentado a seguir, observamos que a água dos esgotos passa pelas seguintes etapas:

64

Etapa preliminar

Reator biológico

resíduos sólidos

bactérias

areia terra pedregulho

Iodo primário

Tratamento terciário

Água tratada

Produtos químicos (coagulantes)

Iodo químico

Aterro sanitário

Tratamento secundário

Decantador primário

Decantador secundário

Câmara de flotação Iodo ativado

Biodigestor

Desidratação mecânica

Adubo

Marque C para os corretos e E para os errados. 1) O tratamento apresentado consiste somente em diminuir a quantidade de materiais que possam provocar problemas ambientais, como microrganismos patogênicos. 2) No processo primário ocorrem transformações físicas e químicas que visam a preparar o material para as próximas etapas. 3) No tratamento secundário ocorre a ação das bactérias que farão a decomposição do material orgânico. 4) Ao receber uma dosagem de sulfato de alumínio e outros coagulantes, o material orgânico remanescente agrega-se aos flocos na câmara de flotação. 5) No tratamento do esgoto são desenvolvidos os seguintes métodos de separação dos materiais: decantação e flotação.

9. (UnB-DF) Julgue os itens a seguir, marcando C para os corretos e E para os errados. 1) A evaporação permite a separação de dois líquidos bastante voláteis.

AMj Studio

MATERIAIS E PROCESSOS DE SEPARAÇÃO

Cite exemplos. 2. Copie no caderno o quadro apresentado a seguir e complete-o com os principais métodos de separação que você estudou.

Unidade 2 (Desarenador)

1. Diferencie separação de materiais de síntese química.


reza sob a forma de misturas, tais como: rochas, solo, gases da atmosfera, água do mar, minerais, alimentos, água dos rios etc. A separação de uma substância pode ocorrer, dependendo das características do material, de diferentes maneiras. Assim sendo, assinale as afirmativas corretas: a) A separação da água dos rios, lagos e mares, na formação da chuva, ocorre por destilação natural. b) A separação do resíduo (pó de café) da solução de café é feita por filtração. c) A separação do sal de cozinha da água do mar é feita por evaporação. d) A separação da coalhada do leite é feita por decantação. e) A retirada de uma mancha de gordura de uma roupa, usando sabão, é feita por filtração. f) A separação dos gases de bebidas gaseificadas ocorre por evaporação.

11. (Cesgranrio-RJ) Foram acondicionados, acidentalmente, em um único recipiente, areia, sal de cozinha, água e óleo de soja. Para separar adequadamente cada componente desse material, devem ser feitas as seguintes operações: a) destilação simples seguida de decantação e centrifugação. b) destilação simples seguida de centrifugação e sifonação. c) filtração seguida de destilação simples e catação. d) filtração seguida de decantação e destilação simples. e) decantação seguida de catação e filtração.

1. Filtração. 3. Extração. 2. Solubilização. 4. Destilação. A sequência correta é: e) 2, 2 e 4. a) 2, 3 e 1. c) 3, 4 e 1. b) 4, 2 e 3. d) 1, 3 e 2.

13. (UFPE) Associe as atividades do cotidiano abaixo com as técnicas de laboratório apresentadas a seguir: a) Preparar café com pó solúvel. b) Preparar chá de saquinho. c) Coar um suco de laranja.

2

14. (UFRGS-RS) Um sistema heterogêneo bifásico é formado por três líquidos diferentes A, B e C. Sabe-se que: A e B são miscíveis entre si; C é imiscível com A e com B; A é mais volátil que B. Com base nessas informações, os métodos mais adequados para separar os três líquidos são: a) centrifugação e decantação. b) decantação e fusão fracionada. c) filtração e centrifugação. d) filtração e destilação fracionada. e) decantação e destilação fracionada.

15. (UFV-MG) O equipamento esquematizado a seguir pode ser utilizado para separar os componentes de: a) um sistema homogêneo líquido/líquido. b) qualquer sistema heterogêneo. c) uma mistura de álcool e água. d) uma mistura de limalha de ferro e areia. e) um sistema heterogêneo sólido/líquido.

3 4 5 6 7 8

16. (UFBA) Com base no diagrama abaixo, é correto afirmar: Sistema trifásico Processo mecânico de separação X Sólido A

Aquecimento

12. (UFRGS-RS) Qual dos métodos de separação seguintes se baseia na diferença de densidade? a) Decantação. d) Cristalização. b) Destilação fracionada. e) Sublimação. c) Peneiração.

1

J. Yuji

10. (UFG-GO) A maioria das substâncias é encontrada na natu-

CAPÍTULO

2) É possível a separação de um material homogêneo líquido-líquido por destilação fracionada. 3) A separação de componentes do petróleo é feita com base na diferença entre as respectivas temperaturas de ebulição. 4) O princípio da destilação fracionada fundamenta-se na diferença de solubilidade dos sólidos de um material.

CO2(g)

CaO(s)

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

Sistema D (monofásico)

Processo de a) O processo X é a filtração. separação Z b) O sólido A é o carbonato de cálcio, CaCO3. Água CaCO3(s) c) O processo Y é a decantação. d) O sistema C é um material homogêneo. e) O sistema D tem uma substância. f) O processo Z é uma destilação simples. g) A água destilada é um material.

65


MATERIAIS E PROCESSOS DE SEPARAÇÃO

17. (Unisinos-RS) Considere os sistemas materiais abaixo

21. (Uema) Constitui um sistema heterogêneo o material for-

indicados: Sistemas Componentes I água e óleo II areia e álcool III água e sal de cozinha IV água e álcool V gás carbônico e oxigênio Assinale a alternativa que apresenta apenas sistemas homogêneos: a) somente I e III. b) somente I e II. c) somente III e V. d) somente I, III e IV. e) somente III, IV e V.

mado de: a) água e acetona. b) gases N2 e CO2. c) querosene e óleo diesel. d) cubos de gelo e solução aquosa de açúcar (glicose). e) água e xarope de groselha.

18. (UFBA) Com relação a processos de separação de materiais, pode-se afirmar: a) na obtenção do cloreto de sódio, a partir da água do mar, utiliza-se a cristalização fracionada. b) na separação dos constituintes de um material gasoso usam-se liquefação e destilação fracionada. c) para acelerar a decantação, utiliza-se a centrifugação. d) na separação dos constituintes de um material formado por água, areia e óleo, usam-se a filtração e a destilação fracionada. e) os materiais homogêneos são desdobrados em seus componentes por meio de processos mecânicos de separação.

19. (Uneb-BA) Considere os seguintes sistemas: I – ar + poeira II – mercúrio metálico + água III – água + nitrato de potássio Os componentes desses sistemas podem ser separados por: I II III a) filtração destilação decantação b) destilação filtração decantação c) filtração decantação filtração d) decantação destilação filtração e) filtração decantação destilação

20. (Unimep-SP) Temos um material heterogêneo constituído de açúcar, iodo e areia. As maneiras mais adequadas para separar esses componentes são: a) ímã, adição de água, destilação simples e filtração. b) aquecimento, adição de água, destilação e centrifugação. c) adição de água, ímã, aquecimento e peneiração. d) centrifugação, esfriamento, destilação e filtração. e) aquecimento, adição de água, filtração e destilação simples.

66

22. (Unicamp-SP) Têm-se os seguintes materiais: I – areia e água II – álcool (etanol) e água III – sal de cozinha (NaCl) e água, nesse caso um material homogêneo Cada um desses materiais foi submetido a uma filtração em funil com papel e, em seguida, o líquido resultante (filtrado) foi aquecido até sua total evaporação. Pergunta-se: a) Que material deixou um resíduo sólido no papel após a filtração? O que era esse resíduo? b) Em qual caso apareceu um resíduo sólido após a evaporação do líquido? O que era esse resíduo?

23. (UFV-MG) Consideram-se os materiais A, B e C: A – óleo/água (proporção 1: 1); B – NaCl/água (proporção 1:100); C – etanol/água (proporção 1:1). Pede-se: a) a indicação de um método físico para separar os componentes de cada material. b) a classificação dos materiais A, B e C em homogêneo ou heterogêneo. c) o conceito de material homogêneo e heterogêneo.

24. (F. Visconde de Cairu-BA) Sobre processos de separação de materiais, indique a alternativa correta. a) Coar café, um processo de separação de materiais, é um fenômeno físico. b) Fase de um sistema são os componentes que formam esse sistema. c) Um dos processos frequentemente usados para separar água do mar do sal é a filtração. d) Quando as substâncias passam do estado sólido para o líquido, há evidência de que ocorreu reação química. e) A destilação fracionada é um processo usado frequentemente para se separar dois sólidos.

25. (UFRS) Qual dos métodos de separação seguintes se baseia na diferença de densidade? a) decantação. b) destilação fracionada. c) peneiração. d) cristalização. e) sublimação.


cloreto de sódio é o Rio Grande do Norte. Nas salinas, o processo físico que separa a água do mar do sal é: a) filtração. d) evaporação. b) sublimação. e) ebulição. c) destilação.

27. (PucCamp-SP) A obtenção do álcool etílico hidratado, a partir da cana-de-açúcar, pode ser representada pelo esquema seguinte: Cana-de-açúcar

I

Garapa

II

Melaço

III

Mosto

filtração e destilação. destilação e decantação. filtração e decantação. destilação e filtração. decantação e decantação.

1

28. (PUC-MG) Para separação dos materiais água/álcool

2

e enxofre/água, os processos mais adequados são, respectivamente: a) decantação e destilação. b) filtração e decantação. c) destilação e filtração. d) liquefação e sedimentação. e) decantação e filtração.

3 4 5 6 7

29. (UEL-PR) De um material heterogêneo de dois líquidos

IV

Vinhoto

a) b) c) d) e)

CAPÍTULO

26. (Osec-SP) Um dos estados brasileiros produtores de

Álcool hidratado

Em I e IV, que envolvem processos de fracionamento, são realizadas, respectivamente:

8

imiscíveis e de densidades diferentes podemos obter os líquidos por: I – sublimação II – decantação III – filtração Das afirmações, apenas: a) I é correta. d) I e II são corretas. b) II é correta. e) II e III são corretas. c) III é correta.

Materiais e substâncias b Determinado material pode ser definido como uma porção da matéria que tem mais de uma substância. b Substância é uma porção de matéria que contém apenas um tipo de componente. b Material homogêneo é o tipo de material cujo aspecto é uniforme de ponto a ponto. b Material heterogêneo é o tipo de material cujo aspecto é multiforme de ponto a ponto. b Solução é um tipo de material homogêneo formado

pela combinação de duas ou mais substâncias até determinadas proporções (exemplo: água e cloreto de sódio). b Agregado é um tipo de material heterogêneo cuja multiformidade é constatada por meio de instrumentos de baixa resolução. b Coloide é um tipo de material heterogêneo cuja multiformidade é constatada apenas por meio de instrumentos de alta resolução.

Processos de separação de materiais b Os materiais podem ser separados por diferentes mé-

b A destilação é um processo físico de separação de ma-

todos. Ao se escolher o mais adequado, deve-se considerar o estado físico, o número de fases, além das propriedades das substâncias que compõem o material. b A filtração é empregada na separação de um material sólido-líquido ou sólido-gasoso utilizando um filtro. b A decantação é empregada na separação de materiais heterogêneos sólido-líquido ou líquido-líquido (imiscíveis) e baseia-se na diferença de densidade dos componentes. b A centrifugação é um processo de separação que utiliza a força centrífuga para acelerar a decantação.

teriais homogêneos com base na diferença de temperatura de ebulição dos componentes. b A cromatografia é uma técnica de separação com base na diferença de interação das substâncias que formam um material com uma fase fixa. b Na extração por solvente, o material é colocado em contato com um solvente que dissolve parcialmente algumas das substâncias constituintes. b A recristalização baseia-se na dissolução de substâncias presentes no material, em solvente e temperatura adequados, e a seguir precipitação por resfriamento.

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Capítulo 3

CONSTITUINTES DAS SUBSTÂNCIAS, QUÍMICA E CIÊNCIA Como é constituída a matéria? Como consumir de maneira sustentável?

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

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

Fotos: Hely Demutti/Atelier da Alegria

LIXO: TRATAMENTO E DISPOSIÇÃO FINAL


CAPÍTULO

Arnaldo Carvalho/JC Imagem

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

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Vi ontem um bicho Na imundície do pátio Catando comida entre os detritos. Quando encontrava alguma coisa, Não examinava nem cheirava:

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

Marcello Casal Jr./ABr Marcello Casal Jr./ABr

Marcello Casal Jr./ABr

Poema de Manuel Bandeira, em Obras poéticas, 1956.

Marcello Casal Jr./ABr

CONSTITUINTES DAS SUBSTÂNCIAS, QUÍMICA E CIÊNCIA

O bicho

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

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

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Aterro sanitário – É projetado por engenheiros para reduzir bastante o impacto do lixo sobre o meio ambiente. O lixo é reduzido ao menor volume possível e coberto periodicamente com uma camada de terra. O local é isolado e impermeabilizado para evitar a contaminação das águas superficiais e subterrâneas por metais pesados e pelo chorume, líquido escuro e malcheiroso, resultante do processo de decomposição anaeróbica (sem a presença de oxigênio) de material orgânico. Montanha de lixo vista Aterro controlado – É um sistema intermediário entre o lixão a céu aberto e o aterro sanino aterro sanitário tário. Não possui estrutura adequada de impermeabilização que trate o chorume. Embora de Caieiras (SP), que não seja a solução ideal para o destino do lixo, os aterros controlados podem, em curto recebe 4 500 toneladas prazo e com investimento relativamente baixo, reduzir a agressão ambiental e a degradade lixo produzido em São ção social gerada pelos lixões a céu aberto. Nesses aterros, o lixo é recoberto periodicaPaulo (SP). Nesse aterro, mente, reduzindo a proliferação de insetos. O local para implantação deve ser escolhido o lixo é compactado e de forma muito criteriosa para diminuir o risco da contaminação de mananciais de água. depois enterrado com uma Incineração – O lixo é queimado em alta temperatura (acima de 900 °C), o que reduz camada de terra. o volume. Em algumas usinas, essa queima é conduzida de modo a transformar o calor liberado em energia elétrica. Nesse processo, há necessidade do tratamento final dos gases altamente poluentes emitidos pelo incinerador por meio de filtros. Compostagem – É um dos métodos mais antigos e consiste na decomposição natural de resíduos de origem orgânica em reservatórios instalados nas usinas de compostagem. Nesse processo, o material orgânico (restos de alimentos, folhas, cascas de legumes etc.) é transformado por microrganismos em húmus (composto orgânico), que pode ser usado como adubo. Na natureza, o húmus resulta da decomposição de vegetais, formando um material de cor escura que recobre a primeira camada do solo. Tanto na incineração como nas usinas de compostagem, o lixo passa por uma etapa inicial de separação de materiais que não serão incinerados ou transformados em adubo. Esses processos são conduzidos nas usinas por meio de sistemas mecânicos de esteiras, garras e eletroímãs (veja o esquema a seguir). Os materiais isolados nessa etapa inicial são enviados para indústrias de reciclagem.

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Etapas de processamento de usina de compostagem Pátio de recepção (1a catação)

AMj Studio

Eduardo Knapp/Folha Imagem

CAPÍTULO

Sistemas de tratamento do lixo

Fosso

Triagem manual (2a catação)

Rejeitos (aterros sanitários)

Separador magnético

Compostos orgânicos (fertilizantes)

Peneiras vibratórias

Biodigestor

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credito

A coleta seletiva facilita o processo de separação final dos materiais a serem reciclados.

VANTAGENS E DESVANTAGENS DOS PROCESSOS DE DISPOSIÇÃO DO LIXO Processo

Vantagens

Aterro sanitário

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

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

Incineração

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

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

Compostagem

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

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

Fonte: JARDIM, N. S. (Coord.) Lixo municipal: manual de gerenciamento integrado. São Paulo: IPT/Cempre, 1995.

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Desvantagens

Hely Demutti / Cooperativa de Reciclagem Crescer

CONSTITUINTES DAS SUBSTÂNCIAS, QUÍMICA E CIÊNCIA

Coleta seletiva – A coleta seletiva é uma atitude sustentável que trata do recolhimento de materiais recicláveis na origem, ou seja, em casa, na escola, no escritório, na fábrica, nos hospitais etc. Os materiais recicláveis são acondicionados em recipientes adequados, coletados e enviados para as indústrias de reciclagem. Em um programa de coleta seletiva, recuperam-se, em geral, cerca de 90% dos materiais para reciclagem (papéis, plásticos, vidros e metais). Os 10% restantes são rejeitos, ou seja, materiais que não podem ser reaproveitados, como isopor, trapos, papel carbono, fraldas descartáveis, couro, louça, cerâmica e objetos produzidos com muitas peças de diferentes materiais. Todos os sistemas de disposição do lixo descritos anteriormente apresentam vantagens e desvantagens e a implantação depende de uma pesquisa detalhada das condições de cada cidade, que deve incluir um estudo de impacto ambiental. A tabela a seguir apresenta algumas vantagens e desvantagens de três desses processos de disposição de lixo.


CAPÍTULO

FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

Debata e entenda

1. Quais são os benefícios da reciclagem de materiais do lixo? 2. Com base nas vantagens e desvantagens de cada sistema de tratamento de lixo, indique qual seria o sistema mais

1

adequado do ponto de vista ambiental para cada um dos seguintes tipos de lixo: domiciliar, público, hospitalar, industrial e agrícola (veja a classificação do lixo na página 47 do capítulo 2). 3. Debata o argumento de algumas pessoas: “A coleta seletiva é um processo trabalhoso que somente beneficia a indústria de reciclagem, que não nos paga pelo trabalho que realizamos”. 4. Que propriedade é utilizada para selecionar os materiais ao passar pelos separadores eletromagnéticos nas usinas de compostagem? 5. Que propriedade é utilizada para separar o lixo em peneiras de usinas de compostagem? 6. Classifique os processos de aterro, incineração e compostagem do lixo em transformação química e em processo físico. 7. Com base nos gráficos a seguir (IBGE, 2000), debata sobre a problemática do destino do lixo brasileiro e aponte medidas para amenizar essa questão. não informados

lixões

aterros controlados

9%

Porcentagem de municípios que destinam o lixo em aterros e lixões.

outros

4 5 6 7 8

31%

aterros sanitários

60%

3

lixões 22%

31%

2

Destino final do lixo coletivo no país em massa.

47%

8. Analise os dados apresentados na tabela abaixo, procurando identificar a situação da coleta de lixo em cada estado. Em seguida, debata as possíveis razões para as diferenças observadas. PORCENTAGEM DE DOMICÍLIOS POR ESTADO DA FEDERAÇÃO SEM COLETA DIRETA OU INDIRETAMENTE DO LIXO Estado

Domicílios sem coleta (%)

Estado

Domicílios sem coleta (%)

Estado

Domicílios sem coleta (%)

Piauí

43,2

Acre

19

Mato Grosso do Sul

9,9

Maranhão

33,9

Pernambuco

18,8

Paraná

9,2

Alagoas

24,9

Pará

18

Goiás

9,1

Rondônia

24,7

Roraima

15,2

Rio Grande do Sul

8,3

Tocantins

24,2

Sergipe

14,1

Santa Catarina

7,7

Bahia

23,8

Rio Grande do Norte

13,7

Amapá

2,7

Ceará

22,5

Amazonas

13,3

Rio de Janeiro

1,3

Mato Grosso

19,5

Espírito Santo

12,6

São Paulo

1,2

Paraíba

19,4

Minas Gerais

11,3

Distrito Federal

1,2

Fonte: IBGE. Pesquisa Nacional por Amostras de Domicílio, 2001-2009.

9. Quais são os problemas que a população da sua cidade enfrenta em relação ao lixo? Debata essa questão com os colegas de classe. 10. Debata com os colegas por que, mesmo em situações de grande risco para a saúde da população e contaminação do meio ambiente, os lixões são utilizados para o acondicionamento do lixo. Qual é a responsabilidade dos governantes e da população em relação a essa situação?

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1 DA ALQUIMIA À QUÍMICA CONSTITUINTES DAS SUBSTÂNCIAS, QUÍMICA E CIÊNCIA

Pense Por que substâncias diferentes possuem propriedades diversas? Do ponto de vista microscópico, como serão as substâncias?

P

Derby Museum and Art Gallery – Derby (UK)

erguntas como essas sempre intrigaram o ser humano. É da natureza humana buscar respostas sobre questões relativas à nossa existência e ao mundo que nos cerca. O que sou? Onde estou? O que é o mundo? O que faço e o que devo fazer neste mundo? Essas são algumas das questões para as quais, há muito tempo, buscamos respostas por meio de diversos modos de pensar. O pensamento mágico e mitológico é uma das formas mais antigas de resposta a essas questões. O mito é uma forma de pensamento que se impõe pela emotividade ou, como consideram alguns, por explicações atribuídas a forças superiores. Esse tipo de pensamento manifesto em narrativas mitológicas, como as encontradas na mitologia grega, esteve presente em sociedades primitivas e se manifestava como uma crença coletiva que não era questionada e simplesmente acreditada por atos de fé, sendo transmitida de geração a geração. Essa forma de interpretar o mundo ainda está presente nas sociedades atuais. Assim foram, por exemplo, muitas explicações atribuídas à origem e à natureza do fogo, tido como um fenômeno divino. Um passo importante na evolução de nossa civilização foi, contudo, quando esse pensamento mágico começou a ser substituído pelo pensamento racional, como o da Filosofia, que busca respostas para as questões apresentadas anteriormente. Desse pensamento racional, surgiu o pensamento científico, ao qual a Química está vinculada. A Química, uma ciência moderna, fornece-nos explicações sobre as substâncias, suas transformações, suas propriedades e constituição. Vejamos um pouco dessa história.

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

Das artes práticas de transformação à Alquimia Os processos químicos, nos quais substâncias se transformam em outras, sempre fascinaram a humanidade. Na busca de dominá-los, desde os primórdios da humanidade, uma série de tecnologias químicas foi desenvolvida: o controle da combustão, a obtenção de metais com base nas transformações químicas de seus minérios, o cozimento de alimentos, o processo de curtição do couro, a fabricação de vidros e cerâmicas, a obtenção de drogas e medicamentos etc. O domínio dessas tecnologias possibilitou maiores intervenções no ambiente e contribuiu para melhorar as condições de vida do ser humano. O domínio desses conhecimentos práticos de transformações de materiais por civilizações primitivas se deu muitas vezes por técnicas executadas em rituais religiosos ou de magia. Assim, se consolidaram as técnicas dos curandeiros, dos mineiros, dos ferreiros, entre outros. A esses conhecimentos práticos se somaram conhecimentos de sábios que permitiram melhor compreensão e maior domínio de diferentes processos de transformação. Surgiram então as bases da Alquimia em diversas civilizações, diferenciando-se pelas concepções de mundo de cada cultura. Desse modo, desde a Antiguidade até a Idade Média, tivemos, entre outras, a Alquimia chinesa, a hindu, a egípcia, a árabe, a europeia.


1

Cadinho de porcelana, destilador de cobre (alambique) e forno de altas temperaturas são instrumentos usados hoje, mas que já eram utilizados pelos alquimistas.

2 3 4

Ricardo Azoury/Pulsar Imagens

5

Hely Demutti

Hely Demutti

CAPÍTULO

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

O método científico e o nascimento da Ciência Moderna

Creative Comm

ons

No século XVII, começa a se estabelecer um novo modo de justificar os conhecimentos, com base em um moderno método experimental, centrado em observações meticulosamente controladas que pudessem desenvolver teorias demonstráveis matematicamente. O inglês Francis Bacon [1561-1626] e o francês René Descartes [1596-1650] estão entre os vários pensadores que contribuíram para o estabelecimento desse modo de pensar: o método científico. O físico italiano Galileu Galilei [1564-1642] e o químico Robert Boyle [1627-1691] estão entre os primeiros estudiosos a fazer uso dessa metodologia. Em Discurso do Método, obra publicada em 1637, Descartes apresenta um modelo de pensamento que contribuiu para consolidar a nova forma de pensar que caracterizou a Ciência Moderna.

75

6 7 8


Hely Demutti

O novo método científico se consolidou e caracterizou o que chamamos hoje Ciência moderna. Essa nova forma de interpretar o mundo revolucionou diferentes campos de estudos e influenciou o modo de vida das pessoas. Seu objetivo é explicar a natureza e o universo no qual estamos inseridos. Enquanto os filósofos pensam sobre a causa da existência dos corpos, os cientistas se preocupam em explicar como eles se comportam. A principal característica dos campos de conhecimento que se tornaram Ciência, como as Ciências Sociais (História, Geografia, Sociologia) e as Ciências da Natureza (Física, Biologia, Química), está na forma sistemática de desenvolver seus estudos: o método científico. Não existe um único método em Ciências, cada uma pode ter métodos diferentes, os quais são acordados entre os próprios cientistas que decidem a forma como aceitam ou refutam os estudos de sua área. Esses métodos estabelecidos pela comunidade científica estão em constante mudança.

Hely Demutti

CONSTITUINTES DAS SUBSTÂNCIAS, QUÍMICA E CIÊNCIA

TRANSFORMAÇÕES E PROPRIEDADES DAS SUBSTÊNCIAS

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

Science Photo Library/Latinstock

Marie Curie [1867-1934] em seu laboratório. O conhecimento que temos sobre radiação deve-se, em grande parte, às arriscadas experiências que custaram a saúde dessa dedicada cientista polonesa e lhe conferiram o Prêmio Nobel.

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Um método clássico e ainda utilizado nas Ciências Naturais, apesar de não ser o único, consiste na realização da sequência organizada de etapas para o estudo de fenômenos: observação do fenômeno, elaboração de hipóteses, teste das hipóteses, generalização e proposição de uma teoria explicativa para o fenômeno. Vejamos em que consistem essas etapas. A hipótese apoia-se em uma afirmação prévia para explicar determinado fenômeno. É a explicação proposta, com base nos conhecimentos já existentes, antes de se realizar o estudo. Para explicar a combustão, por exemplo, poderíamos formular algumas hipóteses: ela ocorre pela combinação do combustível com o oxigênio ou ocorre pela combinação com outro tipo de gás. Essas e outras explicações são consideradas hipóteses até que possam ser testadas e comprovadas. As hipóteses podem ser testadas por meio de experimentos. No caso da combustão, teríamos de repeti-la diversas vezes, fazendo observações meticulosas sobre a sua ocorrência. Para testar as hipóteses citadas, a combustão deveria ser realizada inicialmente na presença de ar, depois na presença de diferentes tipos de gases, como o gás carbônico, o nitrogênio, entre outros.


CAPÍTULO

A análise dos resultados desses experimentos pode levar à aceitação de uma hipótese inicial ou à elaboração de novas hipóteses a serem também testadas. A comparação de resultados de diferentes experimentos pode levar a generalizações, que em Ciência chamamos leis ou regras científicas.. Por exemplo, no caso da combustão, os resultados experimentais indicam que ela não ocorre na ausência de oxigênio. Assim, o enunciado “para haver combustão deve haver oxigênio” corresponderia a uma lei, pois se trata de uma generalização. Após os testes, as explicações que estiverem de acordo com os resultados encontrados passam a constituir as teorias científicas. Teoria científica é o conjunto de afirmações consideradas válidas pela comunidade científica para explicar determinado fenômeno.

1 2 3 4 5 6

O nascimento da Química Moderna

7 8

A teoria do flogístico, que teve importância histórica na busca da compreensão da natureza da matéria, foi proposta pelo químico alemão Georg Ernst Stahl [1660-1734]. School of Chemical Sciences, Illinois

Os estudos sobre processos químicos eram desenvolvidos por diversos filósofos e, sobretudo, pelos alquimistas. Até a Idade Média, tais estudos se fundamentavam em teorias obscuras, mas aos poucos novos estudiosos adotaram os métodos experimentais da Ciência moderna e novas teorias foram surgindo para explicar as transformações químicas. Por exemplo, o médico, filósofo e alquimista suíço Paracelso, Philipus Aureolus Theophrastus Bombast von Hohenheim [1493-1541], mesmo ainda ligado à Alquimia, desenvolveu estudos que deram início à Química médica (quimiatria ou iatroquímica). Vários outros, entre os quais se destaca o físico e químico irlandês Robert Boyle, desenvolveram técnicas experimentais na produção metalúrgica e na preparação de diversos materiais. Muitas das novas teorias permaneceram ainda impregnadas de velhos conceitos e modelos da Alquimia. Uma das mais marcantes foi a teoria do flogístico, proposta pelo alemão Georg Ernst Stahl [1660-1734]. Em 1731, ele aventou uma teoria explicativa para a combustão. De acordo com ela os corpos combustíveis teriam como constituinte um “elemento”, denominado flogístico, liberado durante a queima. Embora as explicações com base na teoria do flogístico fossem razoáveis, ela apresentava incongruências em relação à variação de massa. Mesmo assim, foi muito aceita na época. No século XVIII, surgiram melhores explicações para a combustão. Antoine Laurent Lavoisier [1743-1794] percebeu a importância do oxigênio para esse processo. Com base em experiências bem elaboradas e controladas, utilizando balanças de alta precisão (cujas sensibilidade e precisão poderiam rivalizar com balanças modernas), ele mediu a variação de massa durante a combustão de diversas substâncias. Os resultados dos experimentos demonstraram que havia conservação de massa durante as reações e permitiram que ele demonstrasse que a queima é uma reação com o oxigênio e que a cal metálica da teoria do flogístico era, na verdade, uma nova substância. Lavoisier contribuiu de maneira significativa para o surgimento da Química, como ciência experimental, ao propor uma alternativa à teoria do flogístico e consolidar um novo método de investigação coerente com os métodos científicos. O seu trabalho e o de outros químicos da época, como o escocês Joseph Black [1728-1799], contribuíram para demonstrar a necessidade do uso de balanças nos estudos da Química. Essa nova forma de estudar processos químicos já era aplicada por vários cientistas e tem os trabalhos de Lavoisier como um marco na mudança de paradigma no estudo dessa área de conhecimento. Paradigma é o padrão ou o modelo que norteia nosso modo de viver, trabalhar, fazer Ciência. É pela mudança de paradigmas, de acordo com o físico e filósofo alemão Thomas Kuhn [1922-1996], que a Ciência se desenvolve. Essas mudanças são também chamadas Revoluções Científicas.

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CONSTITUINTES DAS SUBSTÂNCIAS, QUÍMICA E CIÊNCIA

Historiadores das Ciências divergem quanto ao período e aos fatos que marcaram a Revolução Química. Porém muitos concordam que essa revolução culminou de fato com o Traité élémentaire de Chimie (Tratado elementar de Química), publicado por Lavoisier em 1789. Essa revolução se caracterizou pelo fato de os químicos passarem a utilizar um método característico de investigação, uma linguagem própria e um sistema lógico de teorias para estudar e explicar os processos. Contribuíram para o surgimento da Química as profundas mudanças culturais e sociais daquela época, advindas com a Revolução Industrial e com a Revolução Francesa, inspirada nos ideais dos iluministas do chamado Século das Luzes. Portanto, podemos dizer que a Química é uma ciência nova com pouco mais de duzentos anos. Há quem defenda que ela derivou da Alquimia, mas, na verdade, se originou de uma revolução do modo de pensar a matéria. Nesse sentido é que a Química tem propósitos e métodos bem diferentes da Alquimia.

Metropolitan Museum of Art, New York.

A Ciência na História

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A   L

A

ntoine Laurent Lavoisier nasceu em Paris em 1743 e lá morreu guilhotinado em 1794. Durante seus estudos no Collège des Quatre-Nations, ele estabeleceu contato com cientistas famosos. Ele adorava Matemática e se interessava por todas as Ciências. Provavelmente o primeiro trabalho científico dele tenha sido uma descrição de exatidão notável de uma aurora boreal. Em 1768, com 24 anos, conseguiu uma vaga de químico-adjunto, tornando-se membro da Academia de Ciências. Logo ele começou a ganhar notoriedade com seus trabalhos DAVID, Jaques-Louis. Retrato de Antonie-Laurent e Marie-Anne contra a teoria dos quatro elementos. No mesLavoisier. 1788. Óleo sobre tela, 256 cm  195 cm. Marie-Anne teve mo ano, Lavoisier se tornou membro da Ferme um papel importante nos trabalhos de pesquisa de Lavoisier. Générale, uma companhia cujos sócios arrendavam do governo o privilégio de coletar os impostos. Eles eram obrigados a entregar ao rei uma quantia fixa estipulada e o excedente correspondia aos lucros dos fiscais. Os membros da Ferme Générale eram suspeitos de corrupção e detestados pelo povo em geral. O Tribunal da Revolução Francesa o sentenciou à morte em razão dessas acusações. O tribunal que o condenou não demorou a reconhecer sua inocência e devolver à sua esposa seus documentos e instrumentos de laboratório, permitindo a publicação de trabalhos ainda inéditos. Sua obra – que trata de procedimentos experimentais, como o uso da balança – foi fundamental para o desenvolvimento da Química, sendo Lavoisier considerado por muitos historiadores o responsável por tornar a Química uma Ciência experimental. Sobre sua morte, comentou o matemático e físico italiano Joseph-Louis Lagrange [1736-1813]: “Foi preciso somente um momento para cortar sua cabeça e, provavelmente, cem anos não serão suficientes para produzir outra como aquela”.


CAPÍTULO

2 CONHECIMENTO CIENTÍFICO

E SENSO COMUM

1

Pense

2

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

3 4

A

5 6 7 8

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

Hely Demutti

s transformações químicas não são estudadas apenas pelos químicos. Os cozinheiros, por exemplo, estudam constantemente melhores maneiras de combinar diferentes temperos e técnicas para transformar alimentos em apetitosos pratos. Muitos dos processos desenvolvidos por eles são de natureza química. Assim ocorre com o carvoeiro, que transforma a madeira em carvão, e com o oleiro, que transforma o barro em tijolo. Podemos dizer que muitos dos objetos de estudo dos cientistas são também estudados por pessoas que não têm conhecimentos científicos sobre o assunto. Sabemos, por exemplo, que os índios podem conhecer mais sobre o ciclo de plantas e os hábitos de animais de sua região do que os biólogos. Todavia, o que diferencia o conhecimento científico do senso comum é a maneira como ele é construído e organizado. Os cientistas utilizam rígidos critérios e métodos de investigação para obter, justificar e transmitir o conhecimento científico. No senso comum, o conhecimento é conquistado sem, necessariamente, seguir métodos e técnicas específicos. No senso comum não existe uma organização sistematizada do conhecimento. Apesar da sua larga aplicação, as teorias científicas têm seus limites. Não conseguem explicar tudo. Compreender a natureza e as limitações do conhecimento científico é fundamental para sabermos até que ponto e como poderemos usar esse conhecimento. Por isso, é preciso antes de tudo reconhecer que a Química, como toda Ciência, não expressa uma verdade absoluta. Ela apresenta a explicação que é mais bem-aceita pela comunidade científica. Isso pode valer em um período histórico e não ser aceito em outro período. O conhecimento científico é elaborado com rigor e permite muitas vezes, com bastante precisão, prever e explicar novos fenômenos. Todavia, dependendo do que se pretende, isso pode ser feito também por outros tipos de conhecimento. Embora o conhecimento prático culinário de uma dona de casa seja suficiente para preparar excelentes refeições, ele não é capaz de explicar os princípios químicos envolvidos no processo, sendo insuficiente para garantir a qualidade exigida para a produção industrializada.

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Exercícios 1. Cite algumas transformações químicas conhecidas desCONSTITUINTES DAS SUBSTÂNCIAS, QUÍMICA E CIÊNCIA

de o início da humanidade e sua utilização.

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

3. Pesquise, em livros de História, a influência dos iluministas no surgimento de Ciências modernas como a Química.

4. Pesquise, em livro de História, a Revolução Industrial e a Revolução Francesa e identifique as contribuições desses períodos históricos para o desenvolvimento da Química como Ciência.

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

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

8. Que mudanças aconteceram na sociedade, com a Revolução Industrial, que favoreceram o desenvolvimento da Química?

9. O que é método científico? 10. Existe um único método científico? Por quê? 11. Em que a Alquimia contribuiu para o desenvolvimento da Química?

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

13. Para você, qual é a diferença entre magia e Ciência? 14. O que diferencia os conhecimentos químicos do senso comum?

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

16. Zé Limpim é o fabricante do sabão mais vendido na sua região. Seu produto é fabricado por várias gerações da família. No momento, sua produção já está sendo vendida até na capital. Você poderia afirmar que Zé Limpim é um cientista e, por isso, seu sabão é de boa qualidade? Justifique sua resposta.

17. Durante alguns anos, médicos receitaram medicamentos à base de talidomida para amenizar os enjoos de mulheres grávidas. Mas aconteceu uma tragédia: bebês de mães que fizeram uso desse medicamento nasceram com deformidades nos membros superiores e inferiores.

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FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

Sobre tal acontecimento, debata: a) O que poderia ter sido feito para evitar essa tragédia? b) Se a Medicina é uma Ciência, devemos ou não confiar nos medicamentos prescritos pelos médicos? Justifique.

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

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

20. (UnB-DF) Julgue cada um dos itens a seguir, marcando C para os itens corretos e E para os errados. 1) Numa experiência química qualitativa, o cientista limita-se a verificar o que acontece, sem efetuar medições. 2) As hipóteses formuladas nos domínios da Química são testadas experimentalmente e podem resultar em leis. 3) O método científico, aplicado em Química, baseia-se em experimentação, observação e análise. 4) No caso da Química, o trabalho em equipe é sempre desaconselhável.


CAPÍTULO

3 CONSTITUINTES DA MATÉRIA Pense

1 Pense bem: se um meio é contínuo, como ele poderia ser atravessado por outros?

M

uita gente pensa que na matéria não existem espaços vazios, ou seja, ela é preenchida ininterruptamente. Mas, se a matéria fosse contínua como um bloco maciço sem nenhum espaço vazio, como explicar o aroma de café que sai da cafeteira e se espalha pelo ar? Como explicar o fato de o grão de permanganato de potássio ou de uma gota de tinta colorir igualmente certa porção de água contida em um recipiente? Muitos sólidos, ao se dissolver na água, dão a impressão de que desaparecem completamente. No entanto, podemos explicar a dissolução como um processo em que o sólido se divide em partículas minúsculas que se dispersam pelo líquido. Os sólidos tingem líquidos nos quais são dissolvidos, por causa da cor de suas partículas. Ao adicionar o cristal de permanganato de potássio ao béquer, a ideia que surge é a de movimento. Você observou que a coloração violeta se distribuiu lentamente no líquido incolor, ou seja, as partículas do permanganato se distribuíram entre as partículas constituintes da água. As observações da segunda parte do experimento nos permitem pensar que assim como entre os grãos de feijão existem espaços vazios, nos quais se alojaram as partículas de açúcar, também entre as partículas constituintes do açúcar há espaços vazios onde se alojaram partículas constituintes da água. A ideia de que os constituintes da água também são partículas pode ser deduzida, pois é possível dissolver diversos sólidos na água, como o permanganato de potássio, o sal de cozinha, o açúcar etc. O que ocorre é que as partículas desses sólidos, infimamente pequenas, distribuem-se entre as também infimamente pequenas da água. Essas partículas são tão pequenas que não são perceptíveis pela nossa visão nem por microscópios ópticos.

Química na escola

2 3 Hely Demutti

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

5 6 7 8

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

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

Materiais • • • • • •

4

2 béqueres, ou frascos de vidro transparente de volume próximo, de 100 mL água espátula grãos de feijão açúcar cristal “grãos” de permanganato de potássio (pode ser encontrado em farmácias) ou pó para preparar refresco de uva.

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Procedimento CONSTITUINTES DAS SUBSTÂNCIAS, QUÍMICA E CIÊNCIA

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

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

Pense Será que ainda cabe mais algum material no béquer até a marca dos 50 mL? Existem espaços vazios entre os grãos? Seria possível adicionar algum outro material? Qual?

3. Acrescente água ao béquer com o feijão e o açúcar cristal até a marca de 50 mL.

Pense Existe água na região que contém feijão e açúcar cristal? Como a água pôde ser adicionada? Ainda há espaços vazios onde se encontram feijão, açúcar e água? Seria possível adicionar algum outro material? Qual?

Hely Demutti

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

Análise de dados 1. O que vai acontecer com o permanganato de potássio com o passar do tempo? 2. Na parte B, o que você pôde observar? 3. Se imaginarmos um modelo em que a constituição da matéria é considerada contínua, sem espaços vazios, como poderíamos explicar os resultados desse experimento? 4. Usando o modelo que você considera mais plausível para compreender os resultados obtidos, explique o que ocorreu no experimento. 5. Considerando suas conclusões, apresente um modelo para a constituição da matéria.

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Será que há espaços vazios na água, nos quais possam ser inseridas partículas minúsculas como as de sal?


CAPÍTULO

Do ponto de vista macroscópico, a matéria aparenta ser contínua. Do ponto de vista microscópico, porém, é formada por partículas, é descontínua. Isso significa que a matéria é de natureza corpuscular. Os químicos denominam as partículas constituintes do açúcar de molécula de sacarose e as partículas constituintes da água de moléculas de água. Nem todas as partículas constituintes da matéria são moléculas, conforme você verá mais adiante em nosso estudo na segunda unidade do livro. Para facilitar nosso estudo, vamos inicialmente pensar nas partículas constituintes que são moléculas.

1 2 3

Pense

4

De que são formadas as moléculas?

5 6

Vamos avançar com mais informações para que possamos responder a essa questão.

7 8

Substâncias simples e compostas Pense Será possível decompor uma substância em outras? Como isso seria possível?

Eletrólise da água A eletrólise da água é feita aplicando-se uma corrente contínua a uma solução condutora de eletricidade, comumente hidróxido de sódio dissolvido em água. Esse é um experimento simples que você pode fazer com orientação do professor e utilizando fios e pilhas. Na eletrólise da água, a corrente elétrica gera duas novas substâncias gasosas, uma delas em cada eletrodo. Testando-se os gases produzidos, observa-se que o de maior volume pega fogo ao contato com um fósforo aceso. O de menor volume não pega fogo, mas aviva um palito de fósforo em brasa.

J. Yuji

Estudos demonstram que as substâncias podem ser constituídas por mais de um tipo de partícula. Vejamos como essa constatação pôde ser deduzida. Um experimento relativamente simples que permite responder às questões acima é a eletrólise da água, descrita a seguir.

tubo 1

tubo 2

fios encapados

solução de água e sal

pontas desencapadas

pilhas

Pense Os gases que ocuparam os dois tubos são iguais? Por quê? Se análises químicas revelaram que o eletrólito não sofreu alteração durante a eletrólise, de onde se originaram os gases coletados nos tubos? Como foi possível a formação dessas duas novas substâncias? A eletrólise da água é uma transformação química ou um processo físico?

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

Hely Demutti

Madeleine Openshaw/Shutterstock

CONSTITUINTES DAS SUBSTÂNCIAS, QUÍMICA E CIÊNCIA

A eletrólise da água permite uma melhor compreensão da constituição das substâncias. Se de uma substância obtêm-se outras, significa que essa substância tem uma composição que pode ser desmembrada em outras substâncias mais simples. Assim, podemos dizer que existem duas categorias de substâncias: as que podem ser desmembradas em outras, chamadas substâncias compostas compostas, e as que não possibilitam desmembramento, as substâncias simples simples. A eletrólise da água provoca um processo de decomposição química. Muitas outras substâncias podem sofrer decomposição, ou seja, podem ser transformadas em mais de uma substância por processos químicos. É o caso do açúcar, por exemplo, que ao ser aquecido produz carvão, gás carbônico e água; do peróxido de hidrogênio (água oxigenada), que se decompõe em água e gás oxigênio; ou dos óxidos metálicos, que se decompõem em metais e oxigênio. Essas substâncias são, portanto, compostas. De outro modo, muitas outras substâncias não podem ser decompostas em outras. Os gases hidrogênio e oxigênio são exemplos de substâncias que não se decompõem. Outros exemplos são os metais (cobre, alumínio, zinco, ouro, prata etc.), os gases (nitrogênio, hélio, neônio, argônio etc.), o enxofre e a grafita. Todas essas são substâncias simples. Essa conceituação de substância simples e composta pela possibilidade de seu desmembramento não é precisa, pois há substâncias simples que podem se desmembrar em outras substâncias simples. Por isso, essa conceituação será definida com mais precisão posteriormente.

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

A definição mais adequada vem ao se responder a questão sobre a constituição das moléculas. Essa questão sobre a constituição da matéria sempre instigou a humanidade. Vamos observar como, ao longo da História, diferentes respostas foram dadas a essa questão.

Dos elementos aristotélicos ao modelo atômico de Dalton As primeiras ideias propostas para a natureza da matéria surgiram ainda na Antiguidade. Os filósofos gregos foram os pioneiros no mundo ocidental a elaborar teorias para explicar a natureza do mundo e nossas relações com ele. Esses filósofos buscavam respostas a questões enigmáticas. Algumas persistem até hoje: De onde viemos? Para que existimos? Como tudo funciona? Assim, buscando compreender a natureza, o filósofo grego Tales de Mileto procurava respostas à questão que já instigava os pensadores de sua sociedade: do que é constituída a matéria?

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CAPÍTULO

Aristóteles foi um dos mais influentes filósofos gregos. Contribuiu para a consolidação do pensamento lógico, que marcou a filosofia ocidental.

1 2

University of Freiburg im Breisgau, Germany

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Drachma Bank Notes e Coins

Para ele, a água era a causa material, ou seja, o “elemento” do qual se originavam todas as coisas. Assim, o entendimento da natureza estava relacionado com esse “elemento” primordial, constituinte básico para formação dos demais materiais. Note-se aqui que o conceito de elemento para esse filósofo é diferente do conceito que a Química considera atualmente e que vamos estudar. Outros filósofos gregos propuseram que mais três “elementos” deveriam constituir a matéria básica. Anaxímenes [VI a.C.] propôs que o ar seria o “elemento” constituinte do Universo. Heráclito [cerca de 540-480 a.C.] considerou que, se a natureza é caracterizada pela mudança, então o “elemento” essencial deveria ser o que apresentasse uma mudança notável. Propôs então o fogo como “elemento” básico. Empédocles [cerca de 490-430 a.C.] juntou essas propostas e considerou que esses três “elementos” deveriam ser a base de todo o Universo. Em seus estudos posteriores, concluiu que não existiam apenas três “elementos”, mas quatro, e acrescentou a terra como quarto “elemento”. Aristóteles, filósofo grego, modificou a doutrina de Empédocles, desenvolvendo uma teoria que passou a ser aceita pela maioria dos estudiosos da época (século IV a.C.) e continuou a ser durante muito tempo. De acordo com ele, o Universo seria formado pela combinação do que chamou “elementos fundamentais”: água, ar, ar fogo e terra. Tais “elementos” podiam se transformar uns nos outros pela mudança de suas propriedades e ao se combinarem davam origem a todos os materiais. Para Aristóteles, toda matéria seria formada por um substrato, o qual se modifica pela mudança de suas propriedades e qualidades, que seriam em número de quatro: quente, frio, seco e úmido. Essas qualidades se dispõem em pares contrários, resultando formas diferentes: quente-seco (fogo), quente-úmido (ar), frio-úmido (água) e frio-seco (terra). Trocando-se uma dessas qualidades, muda-se a forma da matéria. Ao ser aquecida, a água se transforma em ar, o qual pode inflamar quando perde a qualidade de úmido, se transformando no fogo e assim por diante, como demonstra a figura a seguir. quente-seco fogo

terra

ar

água frio-úmido

quente-úmido

Wikimedia Commons

frio-seco

Demócrito. Para Aristóteles, as transformações dos elementos podem ocorrer pela troca de uma qualidade ou pela troca de suas qualidades, como as indicadas pelas setas do meio.

Cerca de quatrocentos anos antes da Era Cristã, o filósofo grego Demócrito [470-360 a.C.] e seu discípulo Leucipo [século V a.C.] propuseram uma teoria que também se referia à natureza da matéria. Para eles, a matéria não poderia ser dividida infinitamente, ou seja, qualquer porção de matéria poderia ser repartida em partes menores até atingir um limite. Ao atingir esse limite chegar-se-ia a pequenas partículas indivisíveis, as quais foram denominadas átomos (a = prefixo de negação, tomo = “divisão”). Essa teoria filosófica ficou conhecida como atomismo e, mais do que explicar a natureza do Universo, ela buscava dar resposta às angústias humanas sobre sua natureza, apresentando uma explicação materialista para sua existência.

Leucipo. Demócrito e Leucipo foram os precursores da filosofia do atomismo, que explicava a natureza das coisas pela existência de partes indivisíveis: os átomos.

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Science Photo Library/SPL DC/Latinstock

CONSTITUINTES DAS SUBSTÂNCIAS, QUÍMICA E CIÊNCIA

A teoria do flogístico, que teve importância histórica na busca da compreensão da natureza da matéria, foi proposta pelo químico alemão Georg Ernst Stahl [1600-1774].

Muitos estudiosos defenderam a existência de partículas indivisíveis que comporiam a matéria, denominando-as átomos, porém, durante séculos, a filosofia de Aristóteles se impôs no mundo ocidental. Muito mais tarde, uma nova teoria introduziu outro “elemento” primordial: o flogístico. Esse era tido como “espírito ígneo” que se desprendia nas combustões (“ígneo” quer dizer, justamente, algo que tenha a natureza ou a cor do fogo). Essa teoria possibilitou explicar melhor o antigo e intrigante fenômeno da combustão ao afirmar que o flogístico seriam pequenos corpúsculos que se desprendem na combustão. Essa teoria reforçava as ideias da natureza corpuscular para a matéria. No século XVIII, a teoria do flogístico começou a ser negada por causa da afirmação de Lavoisier, com base em dados experimentais, de que é o gás oxigênio o responsável pela combustão. O pensamento químico foi avançando no entendimento de que cada substância tem um tipo de constituinte, abandonando-se a ideia dos elementos primordiais (água, ar, fogo e terra), que foi sendo substituída pela ideia da existência de diferentes partículas constituintes. Como acontece nas Ciências, a resposta a uma questão traz à tona novas questões. O que seriam essas partículas? Como elas seriam? Muitos estudos se desenvolveram até se chegar à teoria atualmente aceita para responder de forma convincente a essas questões. Vamos verificar que teoria foi essa.

A Teoria Atômica de Dalton Em 1808, John Dalton [1766-1844] publicou o livro Novo sistema de filosofia química, no qual apresentava sua teoria para a constituição da matéria. Dalton defendia que a matéria era formada por pequenas partículas que ele denominou átomo. Ele desenvolveu essa teoria com base em estudos de diversos outros cientistas. A afirmação que hoje parece óbvia, na época não foi facilmente aceita e provocou intensas discussões e ferrenhos adversários. Somente na segunda metade do século XIX, os químicos começaram a aceitá-la ao perceber que o modelo de Dalton era bastante plausível. Em seguida, esse modelo atômico tornou-se a base de várias teorias químicas que constituem a Química atual. A Teoria Atômica de Dalton pode ser resumida nos seguintes princípios: 1. A matéria é constituída de partículas denominadas átomos. 2. As substâncias simples são constituídas de apenas um tipo de átomo (elemento químico) e as substâncias compostas, por mais de um tipo de átomo (diferentes elementos químicos). 3. As substâncias compostas são constituídas pela combinação de átomos de diferentes elementos químicos em proporções fixas. Veja que, para John Dalton, as substâncias são constituídas de pequenas partículas denominadas átomos. As substâncias simples possuem átomos do mesmo tipo, ou seja, do mesmo elemento químico, e as substâncias compostas possuem átomos de diferentes tipos (elementos químicos diferentes). Conforme esse modelo, a matéria é de natureza corpuscular, quer dizer, formada por partículas. Chegamos à mesma conclusão realizando o experimento “Há espaço vazio na matéria?” Assim, podemos dizer que, apesar de uma barra metálica ter aparência contínua, ela é constituída de bilhões de partículas. Estas, estando juntas, parecem um todo contínuo quando observadas pelos nossos olhos, que não percebem os pequenos espaços vazios entre elas. Por exemplo, uma folha de papel possui diversos espaços vazios, que podem ser facilmente visualizados em um microscópio.

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CAPÍTULO

As partículas não são iguais para todos os materiais. É por isso que materiais diferentes possuem propriedades diferentes – suas propriedades estão relacionadas com a natureza de suas partículas constituintes. As substâncias possuem o mesmo tipo de partículas; portanto, substâncias diferentes possuem diferentes partículas. A partícula da substância pode ser o átomo, como no caso de muitas substâncias simples, pode ser a combinação de mais de um átomo do mesmo tipo (átomos do mesmo elemento químico) ou pode ser a combinação de átomos de diferentes tipos (átomos de elementos químicos diferentes). Como poderíamos denominar essas partículas constituintes das substâncias?

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

6 7 J. Yuji

J. Yuji

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

Substância é uma porção de matéria constituída de um, e somente um, tipo de constituinte.

Edgar Fahs Smith Memorial Collection/University of Pennsylvania Library

Em 1860, um congresso científico resolveu essa questão. Adotou-se uma proposta apresentada pelo químico italiano Stanislao Cannizzaro [1826-1910] e desenvolvida décadas antes pelo químico italiano Amedeo Avogadro [1776-1856]: a designação de molécula para as partículas que constituem as substâncias. Contudo, hoje, o termo “molécula” tem outros significados, que serão discutidos à medida que avançarmos nosso conhecimento no curso. Por enquanto, por motivos didáticos, adotaremos o termo constituinte, que é mais abrangente do que o termo molécula. Considere, portanto, constituinte o átomo ou grupo de átomos que formam a partícula da substância. Os químicos podem caracterizar as substâncias por um conjunto de propriedades ou pela sua constituição. O mais comum é utilizar a constituição como referência e, assim, representar as substâncias por fórmulas que indicam seus constituintes. Nesse sentido, temos uma nova definição para as substâncias do ponto de vista de sua constituição: Stanislao Cannizzaro foi quem defendeu a utilização do conceito de molécula, apresentado por Amedeo Avogadro.

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CONSTITUINTES DAS SUBSTÂNCIAS, QUÍMICA E CIÊNCIA

Os constituintes das substâncias são formados por átomos isolados ou combinados entre si. Conhece-se hoje mais de cem tipos de átomos. Cada tipo de átomo é denominado elemento químico. Dessa forma, do ponto de vista da constituição das substâncias, podemos definir as substâncias simples e compostas da seguinte maneira: Substância simples é um tipo de substância formada por átomos de apenas um tipo, ou seja, de um mesmo elemento químico. Substância composta é um tipo de substância formada por átomos de mais de um tipo, ou seja, de mais de um elemento químico.

Library of Congress

A Ciência na História

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D,     

J

ohn Dalton era um homem com uma visão muito particular das coisas: via tudo em tons azulados, até as pessoas. É claro que, a princípio, ele não notou que era diferente dos outros, já que ele e o irmão enxergavam dessa forma desde o início da vida. Mas, por volta dos 26 anos de idade, Dalton percebeu que ele e o irmão sofriam de uma anomalia visual que os impedia de perceber as cores. Então, ele estudou intensamente essa anomalia, que recebeu o nome daltonismo. O empenho com que se dedicava a tudo que fazia era uma marca fundamental desse inglês nascido em 6 de setembro de 1766, em uma casa de Dalton deu várias consólida formação quaker, uma denominação religiosa protestante. Aos 6 anos, tribuições para a Ciência, entre elas a proposição foi matriculado na única escola da vila, onde os professores ensinavam tópicos de uma importante teorelacionados com a Ciência. Aos 11 anos, já tendo concluído os estudos, começou ria sobre a constituição da matéria, conhecida a dar aula em uma escola montada em sua casa. Em 1781, aos 15 anos, fechou como Teoria Atômica sua escola particular e empregou-se como professor de Ciências Naturais na de Dalton. cidade de Kendall. O que realmente projetou Dalton na história da Ciência foi sua especial visão de mundo; mas dessa vez não falamos do daltonismo, e sim de sua capacidade de enxergar e considerar a possibilidade do novo. De sua curiosidade e perspicácia nasceram alguns trabalhos fundamentais para a Ciência, como as leis das pressões parciais, publicadas em 1803. De 1808 é o primeiro volume do Novo sistema de filosofia química, no qual apresentou, de maneira formidável, sua hipótese atômica de constituição da matéria. Os maiores químicos da época realizaram pesquisas para demonstrar tal hipótese. Nesse trabalho, apresenta uma primeira tabela de massas atômicas relativas, considerando referência o hidrogênio, ao qual foi atribuído o valor de massa igual a 1. Vários cientistas, em seus estudos, encontraram falhas na teoria proposta, mas Dalton os rebatia com fervor. Nos anos de 1810 e 1827, publicou os outros dois volumes de seu Novo sistema de filosofia química. Faleceu em 27 de julho de 1844, aos 77 anos, sendo sepultado com honras oficiais. O trabalho de John Dalton é considerado um dos pilares da Química atual. Uma frase dele reflete bem o estilo de vida que adotou: “Cientista é aquele que abandona tudo para mergulhar na pesquisa e na experiência”.


CAPÍTULO

Tema em foco Tema EM BUSCA DO CONSUMO SUSTENTÁVEL

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J. Yuji

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Rodrigo Baleia/Agência Estado/AE

Como vimos no início desta unidade, a estrutura econômica de nossa sociedade está organizada de forma a favorecer o consumismo, afetando o comportamento das pessoas. O paradigma dominante do ponto de vista econômico é de que o crescimento depende do aumento contínuo da produção e do consumo de bens e serviços, assim como a melhoria da qualidade de vida. Podemos dizer que paradigma corresponde aos conteúdos de uma visão de mundo, os valores e os “preconceitos” que cada um possui em relação a seu modo de vida e ao entendimento de como funciona a sociedade. Então, o paradigma atual se fundamenta no estímulo constante ao consumismo. O que estamos desenvolvendo na presente unidade é exatamente um paradigma ambiental contrário a esse consumismo. A cada ano, o consumo supera mais rapidamente a capacidade de regeneração do planeta. O consumismo pode ser analisado de vários aspectos. Podemos considerar, por exemplo, o consumo de água, energia, a biodiversidade, minerais e bens manufaturados. Os efeitos resultantes desse consumo excessivo são as mudanças climáticas, a poluição e o desgaste de diferentes ambientes, além da extinção de espécies vivas, animais e vegetais. Esses problemas tornam o planeta insustentável ambientalmente e acirram americanos franceses ingleses espanhóis alemães japoneses chineses as desigualdades na distribuição dos 5,1 3,1 3,1 3,0 2,5 2,4 0,9 recursos indispensáveis para a vida. Em geral, o usufruto do consumo fica Estimativas apontam que, se toda a população mundial tivesse o padrão de vida médio de alcom uma minoria mais rica e os efeiguns povos, seriam necessários vários planetas para suprir as necessidades. tos negativos refletem mais diretaA princípio não teria problema se o padrão adotado fosse o chinês. No entanto, eles, assim mente na maioria desprovida de concomo todo o Terceiro Mundo, querem ter padrões parecidos com os dos países desenvolvidos. dições para enfrentar as adversidades Como ficaria o planeta Terra? provocadas pelas mudanças. O conceito de consumo sustentável surgiu, em 1992, durante a Conferência das Nações Unidas sobre o Meio Ambiente e Desenvolvimento, no Rio de Janeiro. Na ocasião, discutiu-se o tema que foi construído com base no termo desenvolvimento sustentável, divulgado no documento Agenda 21. Consumo sustentável significa saber usar os recursos naturais para satisfazer as nossas necessidades sem comprometer as necessidades e aspirações das gerações futuras. Ou seja, saber usar para nunca faltar. Pensar coletivo sobre atos de consumo é a ideia do consumo sustentável! A utilização do termo “recurso” tem sido criticada por ambientalistas por passar a ideia de que a Natureza está a serviço da humanidade e não o que se considera correto: a humanidade é parte da Natureza; não sua “dona”. O consumo sustentável significa que todos têm direito ao acesso mínimo a condições que garantam um padrão básico de qualidade de vida digna. Não se pode admitir um padrão superior que comprometa a vida de outros nem Somos todos responsáveis pela preservaé eticamente aceitável e socialmente justo que se pense em um consumo em ção do nosso planeta. Você está fazenque as pessoas não tenham suas necessidades básicas de vida, de educação, do a sua parte? saúde, moradia e lazer satisfeitas.

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Creative Commons

Osvaldo Sequetin

CONSTITUINTES DAS SUBSTÂNCIAS, QUÍMICA E CIÊNCIA

Teto de consumo

Piso de consumo

“A Terra possui recursos suficientes para prover as necessidades de todos, mas não a avidez de alguns.” Mahatma Gandhi

Pense Até quando a Terra suportará esse consumo desenfreado? Qual é a nossa parcela de culpa nesse problema?

Devemos colocar limite em nosso consumo: mesmo que tenhamos condições financeiras favoráveis ao consumo, devemos considerar o direito de os demais cidadãos também consumirem. Então, você se dá conta de que, se não começar a pensar e agir, você poderá comprometer a vida de outras populações e de gerações futuras? Concorda que esse consumismo desenfreado deve ser revisto? Somos chamados a repensar nossas ações cotidianas. É impossível ficar parado vendo nossa “morada” sendo destruída aos poucos. Precisamos mudar nossas atitudes. Cada indivíduo tem chance efetiva de escolha: contribuir para minimizar os efeitos danosos ao meio ambiente ou contribuir para sua destruição. O que precisamos é de uma mudança de paradigma! Mudar de paradigma é mudar de estilo de vida. Por exemplo, no início dos anos 1970, no mundo, gasolina não era problema. A ideia que as pessoas tinham era de que o petróleo fosse uma fonte inesgotável. Para ter combustível em seu carro bastava pagar por ele e pronto, até porque a gasolina não custava caro! Os motores dos carros não eram econômicos, alguns carros chegavam a gastar 1 litro de gasolina para rodar três quilômetros; o que importava era a potência do motor. A maioria não dava importância, por exemplo, a carros mais econômicos, de pequeno porte, com motores mais leves. Atitudes de economia não eram importantes nem necessárias. Até que um fato mudou o rumo dessa história! Uma crise no fornecimento de petróleo, em 1973, provocou um grande aumento de preço do petróleo, sinalizando para a possibilidade de esgotamento das reservas e uma maior valorização desse mineral. A ideia da possibilidade da falta de petróleo alterou o comportamento das pessoas e significou uma mudança em alguns paradigmas. Os carros econômicos passaram a ser as vedetes do momento, os modelos mais procurados. Foram desenvolvidos motores com melhor relação custo-benefício, novas fontes alternativas de combustível, álcool, biodiesel, entre outros. Carros menores com melhor desempenho mantêm o mercado de veículo automotivo. No Brasil, popularizou o carro “mil”, tipo flex, mais econômico – afinal, atualmente a gasolina é muito cara! O que aconteceu: as pessoas mudaram?

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AMj Studio

Os consumidores devem adotar, em suas escolhas de compra, um compromisso ético, uma consciência e uma responsabilidade quanto aos impactos sociais e ambientais que suas escolhas e seus comportamentos podem causar a ecossistemas e a outros grupos sociais, às vezes, geográfica e temporariamente distantes.

O preço do desperdício pode ser pago mais rápido do que se imagina.


CAPÍTULO

O paradigma que as orientava sim. Do modelo de um mundo com petróleo infinito, passamos a uma outra descrição, outro modelo. Mudaram-se os paradigmas! Essa mudança não foi completa, pois o paradigma dominante das pessoas é movido mais por condições econômicas do que ambientais. Ou seja, buscam um modo de vida que traz mais benefícios para elas. O novo paradigma que se quer implantar é o de se pensar em um modo de vida que não apenas beneficie economicamente o indivíduo, mas que considere um custo social aceitável.

1 2

Pense

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Será que se o preço dos combustíveis continuasse elevado, as pessoas teriam optado por carros econômicos? Essa opção foi por motivos ambientais?

5 Divulgação

J. F. Diorio/Agência Estado/AE

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Ro d

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apr

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Hely Demutti

Hely Demutti

Carros muito poluentes poluentes, motos caríssimas, caríssimas joias e casacos de couro são bens de consumo de luxo dispensáveis e ambientalmente inadequados em uma sociedade sustentável.

Uma forma de saber se o que estamos consumindo é adequado é nos habituarmos a ler os rótulos dos produtos.

Você pensa que sozinho não vai mudar o mundo? Ghandi disse que “Não é preciso entrar para a história para fazer um mundo melhor”. Faça sua parte: evite o desperdício. Você já pensou na quantidade de água que diariamente escoa pelos ralos em atividades como escovar os dentes, tomar banho e lavar louça, roupa e carro? E eletricidade desperdiçada com luzes acesas desnecessariamente e nos banhos demorados? Na quantidade de papel não reaproveitado? Nas compras desnecessárias? Você adquire realmente o que necessita, ou compra de modo compulsivo? Na sua casa, comida é suficiente ou sempre sobra e se joga fora? Devemos realmente pensar antes de consumir. Afinal, se em nossa casa não cabe o velho, onde caberia? Imagine se você ficasse trocando de geladeira, de TV, de computador toda vez que saísse um modelo novo no mercado. Um único produto para ser fabricado demanda matéria-prima e energia em grande escala. Para fabricar um computador de 24 kg são gastos, aproximadamente, 22 kg de produtos químicos, 240 kg de combustíveis fósseis e 1,5 tonelada de água. E reaproveitam-se, aproximadamente, apenas 10% dos computadores e seus componentes. É muito descarte! Não acha? Pensar coletivo sobre seus atos de consumo é a ideia do consumo sustentável! E você pode ir mais adiante se achar que tem essa responsabilidade! Divulgue essa ideia na sua escola, no seu trabalho, na sua rua. Seja um consumidor consciente e faça parte do grupo de pessoas que vai ajudar a tornar o mundo mais justo e mais sustentável. Embora seja permitido o descarte de pilhas no lixo doméstico, lembre-se de que, na maioria de nossas cidades, essas pilhas vão parar em lixões

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CONSTITUINTES DAS SUBSTÂNCIAS, QUÍMICA E CIÊNCIA

e, somadas com todas as demais pilhas descartadas, vão provocar um efeito danoso ao ambiente. Procure usar pilhas recarregáveis, use até o máximo as suas pilhas e, após o esgotamento, procure destiná-las a empresas que fazem a reciclagem. Que tal começar? O que o planeta agora precisa é de gente suficientemente corajosa e criativa que programe novas alternativas que garantam a sustentabilidade da vida.

Pense

Doação de roupas a entidades assistenciais deve ser uma atitude constante e não apenas em campanhas emergenciais em situações de calamidade pública.

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Eugenio Moraes/Hoje em dia/AE

Há uma atitude simples que você pode adotar, que tem sido chamada por ambientalistas de “preciclar”. Não, não está escrito errado, é isto mesmo: PRECICLAR! Preciclar refere-se à atitude de pensar antes de comprar. Significa “pensar que a história das coisas não acaba quando a jogamos no lixo. Tampouco acaba a nossa responsabilidade”. Cerca de 40% do que consumimos estão acondicionados em embalagens não aproveitadas depois e, é claro, descartadas no lixo, sem nenhum benefício. O impacto de milhares de toneladas de sacos plásticos que nós, brasileiros, lançamos anualmente no ambiente é muito grande. Um único brasileiro joga fora, por ano, cerca de 880 sacolas plásticas dessas de supermercado. Absurdo? É quase um carrinho de supermercado cheio! A plasticomania cresceu com o consumismo da sociedade moderna. As sacolas plásticas são feitas de substâncias originadas do petróleo, não biodegradáveis, e levam séculos para se decompor. Os países da Europa já começaram uma “guerra contra os sacos plásticos”. As pessoas adotaram as sacolas de algodão para ir aos supermercados. Aqui, no Brasil, também existem vários locais que difundem essa ideia. Atitudes simples fazem a diferença! Quando efetuamos uma compra, devemos pensar não somente nas mercaLeve sempre sua sacola quando for dorias, mas também nas embalagens e no uso de objetos plásticos descartáveis. ao supermercado. Como fazer isso? Atitudes simples como um “não precisa, obrigado(a)”, dispensando as “sacolinhas”, ao se comprar objetos pequenos, também são formas de contribuir muito para a preservação do planeta. Além da redução do consumo, devemos pensar na reutilização de materiais, o que pode ser feito de diversas maneiras, como a doação a entidades assistenciais. Pensar em consumo sustentável é pensar em redução de consumo e na reutilização de materiais. Veja outras atitudes no boxe da próxima página que exemplificam atitudes desse tipo. Acreditamos que o estudo da Química vai ajudar você a compreender a necessidade da mudança de comportamento. Que tal estudar e conhecer alguns aspectos importantes dos materiais? A Química se valeu do estudo das propriedades de matérias para favorecer a qualidade de vida das pessoas. Mas ela sozinha não fez nada! Por trás dela sempre havia alguém, com muita vontade de resolver um problema!

Hely Demutti

Você tem alguma ideia de como isso pode ser feito? Sabe pelo menos por onde pode começar? Construa sua opinião sobre o assunto!


Kasia Bialasiewicz/Shutterstock

Atitudes para o consumo sustentável Reduzir

CAPÍTULO

Atitude sustentável

1 2 3

b Evitar imprimir documentos que podem ser lidos na telas do computador. b Reduzir o uso de papel, reduzindo margens, tamanho de letras e espaçamento. b Evitar consumo desnecessário, programando as compras com uma lista de necessidades, não se deixando levar por promoções nem anúncios apelativos. b Verificar a data de vencimento dos produtos para evitar que eles se estraguem antes de usá-los. b Diminuir o consumo de pilhas e utilizar pilhas recarregáveis. b Evitar excesso de embalagens. Use sacolas de tecido. b Não utilizar sacolas plásticas quando comprar algo que possa ser carregado na mão ou em outra sacola. b Dar preferência a produtos que tenham embalagem retornável, refil ou que sejam recarregáveis. b Substituir materiais descartáveis por materiais duráveis. b Diminuir o consumo de tudo o que for possível! Pensar antes da compra: será que preciso mesmo disso?

4 5 6 7 8

Reutilizar b Reutilizar tudo o que se puder. b Consertar objetos e equipamentos em vez de descartá-los. b Procure trocar, reformar ou vender roupas, móveis, aparelhos eletrodomésticos, brinquedos, objetos de decoração e outros antes de substituir por novos. b Fazer doações de roupas, calçados, brinquedos. b Evitar comprar produtos que tenham muitas embalagens. b Carregar caneca para evitar o uso de copos descartáveis. b Utilizar como rascunho as folhas que já foram usadas em um lado. b Reutilizar envelopes. b Reutilizar potes de vidro e de plástico, embrulhos, embalagens de presente, sacolas plásticas, caixas de papelão etc. b Aproveitar cascas de legumes e frutas no preparo de alimentos alternativos ou separá-las para compostagem de adubo orgânico.

Reciclar b Favorecer a reciclagem. b Usar produtos recicláveis. A reciclagem é uma alternativa que demanda menos processo de industrialização e, consequentemente, menos emissão de gases poluentes. b Separar os resíduos para sua coleta seletiva.

Contribuir para a educação e para as ações de cidadania b Ajudar a conceber medidas para a sustentabilidade como uma melhoria que garanta o futuro de todos e não como uma limitação, impulsionando o reconhecimento social das medidas positivas. b Respeitar e fazer respeitar a legislação de proteção do meio ambiente para defesa da biodiversidade. b Evitar contribuir para a contaminação sonora, luminosa ou visual. b Não deixar resíduos em parques, na praia, nos lagos. b Ter cuidado para não danificar a flora e a fauna. b Reivindicar e apoiar políticas de corresponsabilidade no destino adequado de resíduos. b Reivindicar maior durabilidade dos produtos. b Engajar-se em grupos de consumo ético e solidário.

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Debata D ebata e entenda

FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

CONSTITUINTES DAS SUBSTÂNCIAS, QUÍMICA E CIÊNCIA

1. Discuta com os colegas a questão ética sobre o direito de todos os habitantes do planeta de utilizar conscientemente os bens de consumo para ter uma vida mais igualitária. 2. Sabemos que existe uma infinidade de bens de consumo. Mas como saber quando devemos trocar um desses bens? Um aparelho eletrônico, por exemplo? 3. Analise a afirmação: “Cada indivíduo tem chance efetiva de contribuir para minimizar os efeitos danosos ao meio ambiente, assim como pode contribuir para destruí-lo”. Indique exemplos de ações que podem salvar ou destruir o meio ambiente. 4. Relacione o maior número possível de materiais descartáveis e monte um quadro identificando o material, a finalidade de seu uso e possíveis alternativas para substituí-lo por outros não descartáveis, ou medidas para diminuir seu consumo. 5. Debata alternativas para diminuir o consumo de papéis, plásticos, metais e vidros. 6. Relacione possíveis materiais que possam ser reaproveitados e a forma do seu reaproveitamento. Debata com os colegas se todos os materiais podem ser reaproveitados. 7. Ordene os itens abaixo, considerando o que você julga mais importante na hora de decidir sobre qual material usar: • • • • • 8. De cada par de materiais apresentados abaixo, qual você escolheria? Por quê? • • • 9. Discuta com os colegas quais são as dificuldades observadas para ter uma atitude sustentável. Como vencer e superar essas limitações?

Ação e cidadania 1. 2.

3.

4.

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Discuta com a turma ações para melhorar as condições de vida de sua comunidade, por exemplo: Elabore e aplique questionário para pesquisar como tem sido o comportamento das pessoas em relação a atitudes sustentáveis apresentadas nesta unidade e discuta os resultados, buscando medidas que possam reduzir os problemas constatados. Pesquise na administração pública de sua cidade como funciona o sistema de tratamento de lixo, incluindo os lixos hospitalar e industrial, e organize visita aos locais para onde é levado o lixo, como estação de tratamento de coleta seletiva, usinas de compostagem ou lixão. Se possível, fotografe ou filme e depois monte um mural ou exiba o vídeo, apresentando relatório com aspectos positivos e negativos observados com relação aos problemas ambientais e sociais. Proponha campanhas educativas para a disposição correta do lixo pela comunidade, mutirões de limpeza urbana para remover entulhos, envolvendo as autoridades responsáveis por esse serviço. Se for o caso, faça abaixo-assinados dirigidos a autoridades ou correspondências para os Conselhos Municipais de Saúde, de Meio Ambiente e de Conselhos Tutelares da Criança e do Adolescente, pedindo providências em relação aos problemas identificados. Proponha um projeto de coleta seletiva do lixo na sua escola, tendo como base a leitura do texto “Sugestões para implantação de programas de coleta seletiva em escola”, a seguir.


Sugestões para implantação de programas de coleta seletiva em escolas

CAPÍTULO

1. Reúna a comunidade escolar e, se todos “toparem” separar lixo, divida as tarefas. Lembre-se de que a queima de

1

lixo é proibida, pois é fonte de poluição.

2

2. Pesquise o mercado para recicláveis, consultando prefeitura, catadores, sucateiros e entidades assistenciais. Então, prepare um esquema de retirada dos materiais da escola. Doar os recicláveis dá um caráter socioambiental ao trabalho. A eventual venda de recicláveis não deve ser buscada como fonte de “renda” para a escola, caso contrário, poderá incentivar geração proposital de resíduos. A periodicidade da coleta depende do espaço disponível para armazenamento.

3

3. Para o descarte seletivo e o armazenamento dos materiais, escolha um local coberto, de fácil acesso aos coletores e

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bem à vista. Os recipientes podem ser cedidos pela Prefeitura, sucateiros ou empresas, comprados ou confeccionados pela própria escola. As cores-padrão dos recipientes para descarte seletivo são: azul-marinho para papéis, vermelho para plásticos, amarelo para metais e verde-escuro para vidros. O jornal pode ser enfardado, separado dos demais papéis: ele vale mais para venda. Caixas de ovos também podem ser empilhadas e vendidas em feiras ou quitandas. Poderão ser coletados outros materiais para uso nas aulas de Educação Artística. Deve-se estimular a troca de livros usados e a doação de roupas usadas, brinquedos e outros a comunidades ou entidades assistenciais. Não inicie o programa sem antes ter garantido o local para o destino do material e os recipientes para a coleta seletiva.

6

4

7 8

4. Promova reuniões com todos os alunos e convide a comunidade (pais, funcionários e moradores, caso a escola possa receber material do bairro) para apresentar a importância ambiental da separação de recicláveis. Enfatize que o sucesso do programa depende diretamente da participação de todos. Qualquer eventual arrecadação de fundo deve ser apresentada como mera consequência do programa e não como meta a ser alcançada. O objetivo maior deve ser sempre o nosso ambiente.

5. Coloque, nas salas, recipientes distintos para o descarte de lixo orgânico e de reciclável gerados pelos alunos. Combine quem esvaziará os recipientes diariamente, de forma estimulante para que todos se revezem na tarefa.

6. Estabeleça um dia da semana para que todos tragam recicláveis para a escola. Explique como deve ser feita a coleta seletiva e peça que sejam lavadas as embalagens nas casas para não atrair insetos e animais. Comente sobre materiais não recicláveis (celofane, isopor entre outros), em razão da inexistência de “mercado” para esses materiais. Debata alternativas para o destino do lixo orgânico, como compostagem ou destino ao serviço de limpeza urbana.

7. Verifique periodicamente a higiene dos recipientes e se a sistemática de separação está sendo feita corretamente, criando uma equipe de “fiscais da coleta seletiva”. Resolva sempre em grupo os problemas detectados, tomando cuidado com os riscos à saúde. Daniel Augusto Jr/Pulsar Imagens

8. Prepare atividades educativas para aprofundar o estudo do lixo e manter o “pique”. Promova reuniões com a comunidade escolar para avaliar a evolução do programa: quanto material foi juntado por período; quem foi beneficiado, social ou monetariamente; quanto foi arrecadado e aplicado (no caso de venda); as dificuldades encontradas e as propostas para resolvê-las. Conversar com a comunidade regularmente e promover reuniões são atividades fundamentais para o desenvolvimento de uma mentalidade participativa, duradoura e “ecológica”. Adaptado de: REVISTA PÓLIS: estudos, formação e assessoria em políticas sociais. São Paulo: Instituto Pólis, n. 31, 1998. p. 43.

Projetos de coleta seletiva beneficiam o ambiente e promovem mais empregos. Participe de projetos dessa natureza em sua comunidade.

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4 A QUÍMICA E SUA LINGUAGEM

Plásticos Ferro (ímã) Ouro

Hely Demutti

Cobre encapado com plástico

imos, ao longo desta primeira unidade, os conceitos relativos aos campos básicos de estudo da Química. Aprendemos, neste capítulo, como a Química se consolidou historicamente como uma Ciência moderna. Vamos recapitular o que ela estuda. Os químicos sentem um inconfessável prazer em transformar as coisas. É claro que ninguém jamais conseguiu criar algo a partir do nada – esse ainda é um mistério insondável... –, mas, mesmo assim, os químicos contribuem para a transformação do mundo em que vivemos. Diariamente, eles descobrem e sintetizam (produzem em laboratório) novas substâncias por meio de reações químicas. Muitas são posteriormente utilizadas na fabricação de novos materiais; outras entram na composição de medicamentos, de produtos de limpeza, de alimentos (para conservar e melhorar o sabor, a aparência ou o teor nutritivo) e de uma infinidade de outros produtos que consumimos diariamente. Além de serem utilizadas para a obtenção de novos materiais, as reações químicas também são importantes fontes de energia: você já imaginou como seria difícil nossa vida sem as fontes de energia? Haveria vida? Hely Demutti

CONSTITUINTES DAS SUBSTÂNCIAS, QUÍMICA E CIÊNCIA

V

Poliamida Liga metálica Algodão

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

Borracha

Náilon

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

Pois é graças às reações químicas que obtemos a maior parte da energia que consumimos. O estudo da Química envolve, portanto, conhecimentos sobre processos de transformações das substâncias e sobre a energia associada a essas transformações. As reações são o principal foco de estudo da Química, mas não o único. A identificação de substâncias, por meio da determinação de suas propriedades químicas e físicas, é outra importante linha de pesquisa. Para entender as propriedades das substâncias e dos materiais, os químicos estudam a sua constituição. Podemos, portanto, conceituar a Química da seguinte forma: Química é a Ciência que estuda as substâncias, suas constituições, suas propriedades e suas transformações em novas substâncias, além dos efeitos e modelos explicativos relacionados a tais transformações.


Hely Demutti

O químico é o profissional que estuda a Química. Ele atua em processos de investigação e no desenvolvimento de processos de análises, separação e síntese de substâncias e materiais. Existem diversos campos de trabalho do químico, vejamos alguns desses a seguir. A Bioquímica,, ramo de estudo que une a Química à Biologia, estuda as substâncias presentes nos seres vivos e como elas atuam sobre os organismos. Entre as atividades desenvolvidas pelos bioquímicos está a identificação de agentes causadores das mais diversas patologias, como a aids, por exemplo, além de outras pesquisas, como no campo da genética. Mais de 400 cientistas de várias partes do mundo participaram do Projeto Genoma que mapeou o genoma humano, abrindo perspectivas para pesquisas na prevenção e tratamento de doenças. Com esses conhecimentos derivados da Química, a Ciência vem contribuindo para o aumento da longevidade, antigo sonho dos alquimistas. Enquanto no fim do século XIX a expectativa de vida era de 41 anos, no início do século XXI ela aumentou para 65 anos.

1 2 3 4 5 O químico consegue fazer previsões de estruturas químicas com o uso de computador acoplados a equipamentos de análise química.

7 8

A determinação da quantidade de materiais presentes em soluções, por meio de reações químicas, por um método de titulação, é uma das atividades desenvolvidas pelos químicos.

Fiatpress

Hely Demutti

Hely Demutti

Na Engenharia, profissionais da área mecânica e civil estudam as propriedades dos materiais empregados na fabricação de automóveis ou na edificação de casas, rodovias, pontes etc. E na indústria química, químicos e engenheiros químicos determinam as composições de diferentes matérias-primas, otimizam métodos de produção, buscam soluções para problemas ambientais etc. Na Geologia, Ciência que estuda a forma e a composição exterior e interior da Terra, os processos químicos são usados para determinar a composição de minerais. Na Agronomia, são feitas análises químicas do solo que determinam os adubos necessários à melhoria da produção.

6

Hely Demutti

Science Photo Library/Latinstock

Os bioquímicos trabalham tanto na identificação das estruturas químicas presentes no corpo humano como no reconhecimento de moléculas de DNA.

A identificação de minerais, feita pelos geólogos, exige também conhecimentos químicos.

Os agrônomos utilizam conhecimentos químicos para orientar os agricultores sobre adubação.

CAPÍTULO

O químico e suas atividades

Na produção de automóveis, os químicos contribuem para o desenvolvimento de materiais mais resistentes, seguros, leves e atraentes.

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CONSTITUINTES DAS SUBSTÂNCIAS, QUÍMICA E CIÊNCIA

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

SÍMBOLOS DE ALGUNS ELEMENTOS QUÍMICOS E APLICAÇÕES DE SUAS SUBSTÂNCIAS Aplicações de substâncias que Elemento Símbolo contêm o elemento Alumínio

Al

Utensílios domésticos, papel-alumínio, ligas metálicas.

Chumbo

Pb

Baterias, chapas.

Cloro

Cl

Desinfetante, bactericida, alvejante.

Cobalto

Co

Radioterapia, determinação da umidade do ar.

Cobre

Cu

Fios condutores de eletricidade, moedas.

Enxofre

S

Produção de pneus, inseticidas.

Ferro

Fe

Aço, ferro fundido.

Hélio

He

Utilizado em balões meteorológicos.

Hidrogênio

H

Combustível alternativo.

Magnésio

Mg

Liga metálica utilizada na confecção de rodas de automóveis.

Neônio

Ne

Luz avermelhada de letreiros.

Ouro

Au

Confecção de joias, lâminas, ligas.

Oxigênio

O

Respiração dos seres vivos, solda.

Prata

Ag

Confecção de joias, moedas, contatos elétricos.

Urânio

U

Fonte de energia nuclear.

Linguagem química Como toda Ciência, além de seus métodos investigativos e suas teorias e modelos, a Química apresenta uma linguagem própria, rica em símbolos e regras diferentes da linguagem comum. Durante seu estudo, você irá aos pouco se familiarizando com essa simbologia química. Para facilitar a comunicação entre os cientistas de todo o mundo, os elementos químicos são representados por símbolos que derivam de seus nomes em latim. O símbolo é, normalmente, a primeira letra do nome em latim, escrita em maiúscula. No caso de haver dois ou mais elementos que começam pela mesma letra, uma segunda letra do nome é usada, sendo esta minúscula. O quadro ao lado apresenta uma lista de elementos mais familiares.

Fórmulas químicas Enquanto os elementos químicos são representados por símbolos, as substâncias são representadas por fórmulas. Nas fórmulas, representamos os símbolos dos elementos químicos que estão presentes no constituinte de cada substância e, por meio de índices numéricos colocados um pouco abaixo do símbolo do elemento, indicamos o número de átomos de cada elemento que compõe o constituinte. Para os elementos químicos que aparecem apenas uma vez no constituinte da substância não é necessário indicar o índice. O quadro a seguir apresenta as fórmulas químicas de algumas substâncias simples.

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CAPÍTULO

ALGUNS EXEMPLOS DE SUBSTÂNCIAS SIMPLES E SUAS FÓRMULAS Substância

Elemento químico

Fórmula

Hidrogênio

hidrogênio (H)

H2

Nitrogênio

nitrogênio (N)

N2

Oxigênio

oxigênio (O)

O2

2

Enxofre

enxofre (S)

S8

3

Ferro

ferro (Fe)

Fe

4

Iodo

iodo (I)

I2

Alumínio

alumínio (Al)

Al

5

1

6

Átomos de alguns elementos químicos podem formar substâncias simples diferentes. Nesse caso, essas substâncias simples recebem o nome de alótropos. O gás oxigênio (O2) e o gás ozônio (O3) são formas alotrópicas do elemento químico oxigênio.

7 8

EXEMPLOS DE SUBSTÂNCIAS ALOTRÓPICAS Elemento químico Alótropos Oxigênio (O) Carbono (C) Fósforo (P)

oxigênio (O2), ozônio (O3) grafite (C), diamante (C) fulereno (C60), nanotubos (Cn) fósforo branco (P4) fósforo vermelho (Pn) Conforme os modelos, o arranjo dos átomos na grafite é bem diferente do arranjo de átomos no diamante, por isso as propriedades dessas substâncias são diferentes. J. Yuji

J. Yuji

Confira os quadros abaixo. Compare as fórmulas do diamante e da grafite (ou grafita). São iguais, não é mesmo? Como é possível haver dois materiais tão distintos com a mesma fórmula? De fato, a grafite e o diamante são ambos formados pela combinação de átomos de carbono. No entanto, a configuração espacial, ou seja, o arranjo dos átomos de carbono no constituinte da grafite é diferente da configuração dos átomos no constituinte do diamante. Portanto, são substâncias diferentes, pois possuem constituintes diferentes. Obviamente, as propriedades físicas e o valor comercial também são diferentes.

Modelo de arranjo de átomos de carbono do diamante.

Modelo de arranjo de átomos de carbono da grafite.

Pense O que representa a fórmula H2O?

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Você já sabe que o símbolo H representa o elemento químico hidrogênio e o símbolo O representa o elemento químico oxigênio. Logo, pela fórmula, podemos afirmar que a água é formada por átomos de hidrogênio e de oxigênio. O índice 2 indica que cada constituinte possui dois átomos de hidrogênio. A não existência de índice após o símbolo do oxigênio indica que cada constituinte da água possui apenas um átomo de oxigênio. Fácil, não? O quadro ao lado apresenta as fórmulas de algumas substâncias compostas.

CONSTITUINTES DAS SUBSTÂNCIAS, QUÍMICA E CIÊNCIA

ALGUNS EXEMPLOS DE SUBSTÂNCIAS COMPOSTAS E SUAS FÓRMULAS Substância Fórmula H2O

Água Ácido sulfúrico

H2SO4

Cloreto de sódio (sal)

NaCl

Hidróxido de sódio (soda cáustica)

NaOH NH3

Amônia Carbonato de amônio (sal-amoníaco) Metano (gás dos pântanos)

(NH4)2CO3 CH4

Equação química No primeiro capítulo, estudamos que as reações químicas são processos em que novas substâncias são formadas. Agora, vamos aprender a reapresentar essas reações de maneira simplificada, usando a simbologia química. Essa representação simbólica da reação é chamada equação química. Equação química é a representação simbólica da reação química. Na equação química, as substâncias que reagem, denominadas reagentes, e as substâncias que são formadas, denominadas produtos, são representadas por suas fórmulas químicas. Os reagentes são separados dos produtos por uma seta, como é mostrado a seguir: reagente(s) ( produto(s) No caso de existir mais de uma substância como reagente ou como produto, suas fórmulas são separadas pelo sinal de soma (+), indicando que os reagentes devem estar em contato para que a reação ocorra e que os produtos sejam formados simultaneamente. Ao se apresentar uma equação química, deve-se também especificar o estado de agregação de cada substância envolvida. O estado gasoso é representado por (g), o estado líquido por (l), o estado sólido por (s) e as substâncias dissolvidas em água por (aq). As letras que reapresentam os estados de agregação devem ser colocadas ao lado dos símbolos das substâncias e não como índices, como era utilizado antigamente. Além de representar as substâncias reagentes e os produtos, é necessário também representar as proporções entre todas elas. A proporção de cada substância é indicada numericamente na frente da fórmula de cada constituinte e é denominada coeficiente estequiométrico ou simplesmente coeficiente. Tal coeficiente indica a proporção relativa dos constituintes das substâncias participantes da reação. Quando o coeficiente é 1, ele não precisa ser indicado. Outras convenções também adotadas nas equações químicas são: • Δ indica que a reação ocorre a elevadas temperaturas; • F indica que a reação é reversível, ou seja, os produtos reagem entre si originando novamente os reagentes. Veja, agora, exemplos de equações químicas e seu significado. Seja a equação: C(s) + O2(g) ( CO2(g) . Essa equação indica que o carvão, substância simples constituída de átomos do elemento químico carbono, que se encontra no estado sólido, reage com o gás oxigênio, substância simples constituída de moléculas que contêm dois átomos do elemento químico oxigênio, produzindo a substância composta dióxido de carbono, também chamado gás

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Veja agora esta outra equação:

N2(g) + 3H2(g) F 2NH3(g)

.

Esta equação indica que o gás nitrogênio, substância simples constituída de moléculas que contêm dois átomos do elemento químico nitrogênio, reage com o gás hidrogênio, substância simples constituída de moléculas que contêm dois átomos do elemento químico hidrogênio, produzindo a substância composta amônia no estado gasoso, constituída de moléculas que contêm um átomo do elemento químico nitrogênio ligado a três átomos do elemento químico hidrogênio. Essa equação indica ainda que, nessa reação, para cada molécula nitrogênio, são necessárias três moléculas hidrogênio e são formadas duas moléculas de amônia. Além disso, a equação indica que tanto os reagentes como os produtos dessa reação são gases e que essa reação é reversível, ou seja, o produto amônia transforma-se nos reagentes nitrogênio e hidrogênio.

Exercícios

FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

1. De acordo rdo com Aristóteles, explique como um elemento de sua teoria se transformava em outro, por exemplo, como a água se transformava em ar e este em fogo. 2. Considere o esquema ao lado. Entre as alternativas abaixo, indique as corretas sobre ele. a) Temos cinco componentes. b) É formado por duas substâncias simples. c) Foram usados apenas dois elementos. d) É um material. e) Temos cinco substâncias simples e duas substâncias compostas. 3. O que é descontinuidade da matéria? 4. (UnB-DF) Um aluno fez, em sala de aula, uma dissolução, realizando os seguintes procedimentos: I – Colocou um grânulo (pequeno grão) de permanganato de potássio (sólido violeta cuja fórmula química é KMnO4) em um primeiro béquer (béquer 1) contendo 50 mL de água. II – Agitou o sistema até que todo o sólido se dissolvesse. III – Mediu, com uma proveta, 5 mL dessa solução, transferindo-os para um segundo béquer (béquer 2). IV – Completou o volume desse segundo béquer com água até a marca de 50 mL. V – Agitou o sistema e mediu, com uma proveta, 5 mL da solução, transferindo-os para um terceiro béquer (béquer 3). VI – Completou, com água, o volume desse terceiro béquer, até a marca de 50 mL. O aluno registrou, no caderno de dados, as observações que se seguem.

Béquer

5. 6. 7. 8. 9. 10.

CAPÍTULO

carbônico, constituída de moléculas que contêm um átomo do elemento químico carbono ligado a dois átomos do elemento químico oxigênio.

1 2 3 4 5 6 7 8

Coloração da solução

1 violeta-intenso 2 violeta-claro 3 incolor Com base nas informações acima e considerando a natureza corpuscular da matéria, julgue os itens a seguir, marcando C para os corretos e E para os errados. 1) Os átomos constituintes do permanganato de potássio não estão presentes no béquer 3, uma vez que a água mudou uma das propriedades – cor – daquela substância (incolor). 2) De acordo com o modelo atômico de Dalton, pode-se afirmar que a estrutura representada pela fórmula KMnO4 é divisível e composta por três diferentes tipos de partículas de massas distintas. 3) O experimento realizado pelo aluno demonstra que a matéria é formada por átomos, os quais são exatamente como Dalton visualizou em suas experiências, isto é, esferas maciças e indivisíveis. O constituinte da amônia tem quantos átomos? Quantos átomos e de quantos elementos existem no constituinte do ácido sulfúrico (H2SO4)? Que informações obtemos da fórmula do carbonato de amônio – (NH4)2CO3? Qual é a diferença entre Co e CO? Qual é a diferença entre as representações do item a e as do item b? b) H2O2 a) H2 + O2 Escreva sentenças que expliquem o significado de cada equação química a seguir, indicando os reagentes e os produtos: a) 2H2(g) + O2(g) ( 2H2O(l) b) 2H2O2(l) ( 2H2O(l) + O2(g) c) 2C2H2(g) + 5O2(g) ( 4CO2(g) + 2H2O(l)

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julgue as afirmações abaixo, marcando C para os itens corretos e E para os errados. 1) Ao verificar que a água é representada pela fórmula H2O, é correto concluir que essa se constitui numa mistura de hidrogênio e oxigênio. 2) As substâncias representadas pelas fórmulas O2, O3, P4 e S8 são substâncias simples. 3) A nicotina, cuja fórmula é C10H14N2, é um alcaloide existente no fumo e tem a sua denominação derivada do nome de Jean Nicot. A fórmula desse alcaloide possui 26 átomos e 3 elementos químicos. 4) A água oxigenada, (H2O2), e a água, (H2O), são substâncias iguais, já que são formadas pelos mesmos elementos químicos. 5) O corpo do ser humano, por ser um produto natural, não possui elementos químicos em sua constituição até que ele comece a ingerir remédios. 12. (UnB-DF) Examine as fórmulas representadas a seguir e julgue os itens abaixo, marcando C para os corretos e E para os errados. P4, S8, Br2, CaBr2, Zn, He 1) O número de substâncias simples representadas é dois. 2) O número de substâncias compostas representadas é quatro. 3) O número de substâncias poliatômicas é um. 4) CaBr2 é uma mistura das substâncias Ca e Br2. 5) A fórmula S8 indica que oito átomos estão ligados formando uma única molécula. 13. (UnB-DF) A investigação química é uma atividade humana que tem grande influência na sociedade. Com relação a essa atividade e suas características, julgue os itens a seguir, marcando C para os itens corretos e E para os errados. 1) A Alquimia era uma atividade científica da Idade Média que se caracterizava pelo uso do método científico de observação, experimentação e generalização. 2) Os modelos científicos desenvolvidos pelo método científico usado em Química possuem limitações e não explicam todos os fenômenos. 3) Acabar com o problema mundial da fome é uma decisão de competência dos químicos, pois somente eles podem dedicar a maior parte do seu tempo ao desenvolvimento de novas tecnologias que aumentem a produtividade agrícola. 4) Para a preservação da saúde dos indivíduos, deveria ser proibido o uso de produtos químicos nos alimentos.

14. (Osec-SP) Um estudante estava pesquisando um fenômeno e queria seguir corretamente as etapas do método científico. Em qual das sequências abaixo estão

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citadas, em ordem correta, porém, não necessariamente consecutiva, quatro etapas que ele teria seguido? a) Observação, experimentação, formulação de leis e criação de teoria. b) Criação de teoria, formulação de leis, experimentação e observação. c) Experimentação, levantamento de hipóteses, criação de teoria e observação. d) Levantamento de hipóteses, organização de dados, observação e formulação de leis. e) Observação, criação de teoria, formulação de leis e organização de dados.

15. (UFSCar-SP) Até 1772 acreditava-se que o fogo era um elemento químico. Foi quando um cientista nascido em 1743 e guilhotinado em 1794, durante a Revolução Francesa, transformou a pesquisa química de qualitativa em quantitativa, formulando explicitamente a Lei da Conservação da Matéria. Este cientista, também conhecido como o pai da Química moderna, é: a) John Dalton. d) Antoine Lavoisier. b) Linus Pauling. e) Niels Bohr. c) Robert Boyle.

16. Cada conjunto de esquemas abaixo representa substâncias de diferentes sistemas. Classifique cada sistema em material ou substância e classifique todas as substâncias em simples ou compostas. A

B

C

D

E

F

17. (UnB-DF) Julgue os itens, marcando C para os itens corretos e E para os itens errados. 1) O ar é um material homogêneo constituído de substâncias simples. 2) Das substâncias álcool, ouro, diamante e acetona, somente o ouro é uma substância simples. 3) Por meio de medidas das temperaturas de fusão e ebulição, é possível fazer a distinção entre substâncias simples e compostas.

J. Yuji

CONSTITUINTES DAS SUBSTÂNCIAS, QUÍMICA E CIÊNCIA

11. Com relação à composição química das substâncias,


18. (UFF-RJ) Considere os seguintes sistemas: II

água

III

água + álcool

J. Yuji

I

água + óleo

Os sistemas I, II e III correspondem, respectivamente, a:

a) substância simples, material homogêneo, material heterogêneo. b) substância composta, material heterogêneo, material heterogêneo. c) substância composta, material homogêneo, material heterogêneo. d) substância simples, material homogêneo, material homogêneo. e) substância composta, material heterogêneo, material homogêneo.

CAPÍTULO

4) Os processos de separação de materiais são utilizados para a obtenção de substâncias simples a partir de substâncias compostas.

1 2 3 4 5 6 7

Da Alquimia à Química b As transformações químicas sempre fascinaram a humanidade. O homem aprendeu a cozer e a fabricar alimentos, a tingir fibras, a extrair corantes, a produzir metais a partir de rochas, entre outras transformações. b Dos rituais de magia ou religião surgiu a Alquimia, um conjunto de conhecimentos baseados em crenças, mistérios, ocultismo e religião. b Os alquimistas, que buscavam transmutação de metais e o elixir da longa vida, criaram e desenvolveram aparelhos e técnicas laboratoriais e descobriram substâncias e matérias utilizados pelos químicos. b O alquimista Georg Ernst Stahl propôs a teoria do flogístico, na qual a combustão seria a liberação do

“elemento” flogístico. b Novas explicações para a combustão foram propostas no século XVIII por Lavoisier, que realizou experiências bem controladas e elaboradas com o uso de balanças precisas, demonstrando a conservação da massa nas reações químicas e contribuindo para a derrubada da teoria do flogístico. b A revolução química estabeleceu-se quando os químicos passaram a utilizar um método sistemático de investigação dos fenômenos, uma linguagem própria e um sistema lógico para explicar os eventos observados. b Apesar de sua grande importância, as teorias científicas apresentam limitações e não conseguem explicar tudo.

8

Conhecimento científico e senso comum b A Química é uma Ciência e com seus conhecimentos

com demandas existentes e criadas pela sociedade.

explica muitos fenômenos. b Em muitos casos, o conhecimento prático é suficiente para a realização de atividades, por exemplo, a produção de pão. Para isso, o padeiro utiliza uma forma de conhecimento, denominado senso comum, que é baseada em experiências empíricas e não em teorias científicas. b A tecnologia e as Ciências progridem, juntos, de acordo

b A Química está diretamente relacionada com o mundo em que vivemos, além de possibilitar uma vida mais longa e confortável. Estudar Química favorece a compreensão dos fenômenos naturais, bem como do complexo mundo social em que vivemos. b O desenvolvimento tecnológico e científico tanto pode trazer benefícios como risco à sobrevivência humana, dependendo da forma como é aplicado.

Constituintes da matéria b Os primeiros modelos sobre a constituição da matéria surgiram na Antiguidade. Os filósofos acreditavam que a matéria seria formada por quatro “elementos fundamentais” -- água, terra, fogo e ar -- que combinados dariam origem a todos os materiais. b A ideia de que a matéria é constituída de pequenas partes indivisíveis (átomos) foi proposta pelo filósofo grego Demócrito [470-360 a.C.] e seu discípulo Leucipo [século V a.C.]. b Em 1808, John Dalton apresentou uma nova teoria na

qual a matéria é formada por partículas denominadas átomos (esferas maciças e indivisíveis), as substâncias simples são constituídas de apenas um tipo de átomo (elemento químico) e as substâncias compostas de mais de um tipo de átomo (diferentes elementos químicos). b Substância simples é um tipo de substância formada por átomos de apenas um elemento químico. b Substância composta é um tipo de substância formada por átomos de mais de um elemento químico.

A Química e sua linguagem b A Ciência Química apresenta uma linguagem própria: os elementos químicos são representados por símbolos

que derivam de seus nomes em latim; as substâncias são representadas por fórmulas.

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UNIDADE

2

P.BAEZA; PUBLIOPHOTO DIFFUSION/SCIENCE PHOTO LIBRARY/SPL DC/Latinstock

Poluição atmosférica

Poluição do ar. Smog sobre Santiago, Chile. A cidade faz fronteira com a Cordilheira dos Andes, ao fundo, impedindo a poluição de se dissipar.

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Como explicar a poluição dos gases pelos modelos de partículas? Aquecimento global: como reverter essa onda? Capítulo 4 Estudo dos gases 1. Medidas, fenômenos e modelos 2. Grandezas do estado gasoso 3. Propriedades dos gases 4. Leis dos gases 5. Lei geral dos gases 6. Teoria cinética dos gases

1. Modelos e teorias 2. Modelo atômico de Dalton 3. Modelo atômico de Thomson 4. Modelo atômico de Rutherford 5. O átomo e suas partículas 6. Modelo atômico de Bohr 7. Modelo quântico para o átomo 8. Configuração eletrônica

Hely Demutti

Capítulo 5 Modelos atômicos

Temas em foco:

• Poluição atmosférica e aquecimento global • Camada de ozônio e radiação solar • Mercado de carbono! O que é isso?

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Capítulo 4

ESTUDOS DOS GASES Como se comportam os gases? Como os gases têm poluído a atmosfera?

Tema em foco POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA E AQUECIMENTO GLOBAL Pense

RogérioRogério Cassimiro/Folha Cassimiro/Folha ImagemImagem

O que é poluição?

Existem vários significados para a palavra poluição. O que é considerado poluição para uma pessoa pode não ser para outra. Isso nos dá uma pista para qualificar poluição: é uma modificação ambiental que contraria os interesses da coletividade. Quando os efeitos ambientais de uma ação prejudicam os demais indivíduos, podemos dizer que há alguma forma de poluição. Nesse sentido, a poluição ambiental é vista sempre como uma interferência no equilíbrio da natureza. No ambiente, energia e matéria são utilizadas de forma equilibrada, de acordo com as necessidades de cada ecossistema. Porém, quando um ecossistema não consegue assimilar uma quantidade de matéria e/ou energia, ele fica sobrecarregado e desequilibra-se. Dizemos, então, que ele está poluído. Dessa forma, o conceito de poluição ambiental, do ponto de vista biológico, é a colocação de matéria ou energia em lugar errado. Poluição pode ser vista também como qualquer atividade que prejudique a saúde, a segurança ou o bem-estar da população, que crie condições adversas para as atividades sociais e econômicas ou, ainda, que cause degradação do ambiente. A poluição química provocada por substâncias ou materiais que prejudicam a natureza é um bom exemplo: ela pode afetar o ar, as águas e o solo. Mas nem sempre é fácil definir o quanto de uma substância é capaz de prejudicar o ambiente. Quanto lixo industrial um rio pode receber até que o chamemos poluído? Depende do padrão de tolerância adotado, ou seja, dos valores máximos permitidos para os níveis de contaminação de diferentes substâncias. A má qualidade do ar custa pelo menos US$ 1 bilhão aos cofres públicos brasileiros a cada ano, principalmente com mortes ou tratamentos de doenças associadas direta e indiretamente à poluição. Fonte: Laboratório de Poluição Atmosférica Experimental da Universidade de São Paulo (USP).

106


CAPÍTULO

A definição de poluente também está ligada a determinadas condições e à concentração da substância no ambiente. Podemos dizer que toda substância é tóxica em potencial, pois seu grau de toxicidade dependerá de sua concentração em um determinado lugar. Até o gás oxigênio em excesso mata. Isso mesmo: se respirado em elevadas concentrações, esse gás tão essencial à sobrevivência pode agredir nossas células. Há poluição atmosférica quando ocorre um aumento da quantidade de determinados gases ou de materiais sólidos em suspensão acima de limites definidos. A concentração de poluentes na atmosfera depende de mecanismos de retenção ou dispersão. Como o volume da atmosfera é muito grande, a fumaça que sai de uma chaminé pode se espalhar por uma área vasta, atenuando seus efeitos poluidores no local da emissão. Contudo, se a liberação de gases tóxicos for muito elevada e a dispersão não ocorrer adequadamente, instala-se um quadro mais sério de poluição atmosférica, com grandes danos à saúde da população (veja quadro abaixo).

1 2 3 4 5

POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA × DANOS À SAÚDE Contaminante

Efeitos à saúde

6 Principais fontes

Monóxido de carbono (CO)

Impede o transporte de oxigênio no sangue, causa danos aos sistemas nervoso central e cardiovascular.

Queima de combustíveis fósseis.

Óxidos de enxofre (SO2 e SO3 )

Doenças cardiovasculares e respiratórias.

Combustão de carvão e petróleo com enxofre.

Óxidos de nitrogênio (NO e NO2 )

Danos ao aparelho respiratório.

Combustão do gás nitrogênio a altas temperaturas na queima de combustíveis.

Hidrocarbonetos (CnHm )

Alguns têm propriedades cancerígenas, teratogênicas ou mutagênicas.

Uso de petróleo, gás natural e carvão.

Macromoléculas

Danos aos sistemas respiratório, gastrointestinal, nervoso central, renal, entre outros.

Atividades industriais, transporte e combustão.

7 8

A poluição atmosférica teve início com a Revolução Industrial. Nos primórdios da industrialização, o produto lançado ao ar pelas chaminés das fábricas era símbolo de prosperidade, poder, progresso. Um grande industrial de Chicago, em 1892, comentou: “O fumo é incenso queimado nos altares da indústria”. Com o crescimento populacional, o aumento exagerado do consumo e a pouca importância dada às questões ambientais agravaram os desequilíbrios causados à atmosfera, aumentando a concentração de partículas sólidas e de diversos gases, como dióxido de carbono, e diminuindo outros como o ozônio, em certas regiões da termosfera. Atualmente, as alterações climáticas causadas pela poluição atmosférica são fator de grande preocupação. Já se sabe que uma de suas alterações como pequenas variações na temperatura do planeta pode desencadear catástrofes, como o derretimento de geleiras e a inundação de cidades litorâneas. Catástrofes que alteram a atmosfera e a biosfera não são novas na história da evolução da Terra. Podemos dizer que o planeta Terra é resultado dessas transformações e que possibilitaram atingir o equilíbrio que permite a vida como conhecemos. É bem verdade que a regeneração após cada catástrofe leva milhares de anos. Mas esse tempo, não é nada se considerarmos a idade do planeta. Assim, com o passar do tempo, a superfície e atmosfera terrestres se moldaram e estabeleceram condições favoráveis ao surgimento da enorme variedade de espécies de seres vivos. Ao mesmo tempo, outras espécies foram dizimadas, como os dinossauros, e o que resta delas hoje são somente marcas de um passado de existência.

Nasa

Fonte: Organização Mundial da Saúde.

“A Terra perdeu, em pouco mais de um quarto de século, quase um terço de sua riqueza biológica e recursos. No atual ritmo, a humanidade necessitará de dois planetas em 2030 para manter seu estilo de vida.” Fonte: Fundo Mundial para a Natureza (WWF). Genebra, 2008.

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Yang Lei/XinHua/Xinhua Press/Corbis

Hely Demutti

A poluição atmosférica torna o ar nocivo e impróprio à saúde humana e à vida de animais e plantas. Será que é mesmo preciso pagar um preço tão alto pelo progresso? Cidade de Chongqing, China, 2008.

Mesmo levando em consideração a capacidade de regeneração que o planeta possui, há de se considerar as consequências em razão do rápido ritmo de consumo de matéria e energia produzidas pela humanidade. Que o planeta pode estabelecer novas formas de equilíbrio não há dúvidas. A grande questão é quem serão os habitantes dessa “nova Terra”. A poluição gerada pode deflagrar outra grande transformação e a Nova Terra pode oferecer condições inadequadas para diferentes espécies que hoje a habitam, como a espécie humana. Esse tipo de situação já ocorreu em várias outras ocasiões. Conhece a história dos dinossauros? Ocorre que, no início do século XX, a utilização em larga escala do petróleo como fonte de energia deu início a grandes mudanças climáticas que poderão ser um novo marco na história do planeta. Veja a seguir como essas transformações têm sido associadas com a produção de uma diversidade de substâncias resultantes do processo de industrialização.

Fumaça-neblina, inversão térmica e névoa seca A partir do fim do século XVIII, o carvão, cuja combustão gera grandes quantidades de gases poluentes, passa a ser intensivamente usado para fins industriais e domésticos. Num momento posterior, a utilização de combustíveis derivados do petróleo passa a contribuir para essa emissão de gases poluentes. Assim, começaram a surgir aos primeiros sinais da poluição atmosférica até então quase desconhecidos pela humanidade. Na Europa, em meados do século passado, ocorreram combinações de fumaça (smoke) e neblina (fog) que fizeram dias virarem noites, por não permitirem que a luz do sol iluminasse algumas grandes cidades. Esse fenômeno foi denominado smog. A neblina é um fenômeno natural resultante da condensação de vapor-d’água que fica suspenso na atmosfera, junto à superfície terrestre. No entanto, nos grandes centros urbanos, esse fenômeno pode ser ocasionado pelo aumento de substâncias e materiais resultantes de atividades humanas. Essa neblina, contendo resíduos de atividades humanas, pode ser tóxica aos seres vivos.

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A foto mostra o smog de 1952, em Londres. Muitas vezes, o smog é tão forte que os carros precisam circular com faróis acesos durante o dia. Dá para imaginar o que isso pode causar à nossa saúde? Monty Fresco/Dailymail.co.uk

ESTUDO DOS GASES

Dunas e Lagoa da Gaivota no Parque Nacional dos Lençóis Maranhenses, Barreirinhas (MA), 2009. Não há quem não se deixe apaixonar pela beleza da diversidade da Terra.


1. DIA

radiação solar correntes de convecção

ventos laterais

ar frio

J. Yuji/Hely Demutti

Posição do ar frio em dias normais, à noite e em dias com inversão térmica

1 2 3

ar quente

4 5 6

2. NOITE

7 8 ar frio

superfície terrestre esfriando-se por irradiação

ar frio

névoa

3. INVERSÃO TÉRMICA

Hely Demutti

CAPÍTULO

O smog tem trazido sérios problemas às grandes cidades. Em Los Angeles, em 1942, causou graves complicações respiratórias aos habitantes e matou grande parte da vegetação de jardins. Em Londres, em 1952, provocou a morte de 3,5 mil a 4 mil pessoas, tendo se repetido em outros anos. Em Tóquio, em 1970, levou mais de 8 mil pessoas a hospitais e postos de saúde. Às vésperas das Olimpíadas de 2008, em Pequim, tomou-se um conjunto de medidas para combater o nevoeiro de poluição que ensombraria a capital chinesa. O smog fica pior na época do inverno, em virtude da inversão térmica. No Brasil, em São Paulo, também é comum ocorrer o fenômeno da inversão térmica.. Esse fenômeno pode ser explicado pelo esquema ao lado. A superfície terrestre é aquecida constantemente pela radiação solar. Assim, as camadas atmosféricas mais próximas da superfície são mais quentes do que as superiores. O ar mais quente é menos denso do que o ar mais frio. Associados, esses dois fatores irão produzir correntes de convecção: o ar quente sobe e o ar frio desce (veja esquema 1 da figura ao lado).

radiação solar

ar quente smog ar frio

No fenômeno da inversão térmica, a cidade fica encoberta por gases tóxicos aprisionados pelo smog. São Paulo vista a partir do Pico do Jaraguá (SP), 2008.

Na inversão térmica (3), a formação do smog impede a penetração da radiação solar que aqueceria o ar frio e retém os gases poluentes. Na região da inversão térmica, ao invés de o ar quente ficar embaixo e o ar frio ficar em cima como ocorre em dias normais (1), o ar frio fica abaixo do smog e o quente, acima.

Por meio das correntes de convecção, os gases poluentes são facilmente dispersos na atmosfera superior. À noite, porém, o processo se inverte: a superfície terrestre esfria, produzindo uma camada de ar frio estático (veja esquema 2 da figura acima). Se nesse processo houver a condensação da fumaça-neblina (smog), a luz solar matutina não penetrará a camada de névoa. Como resultado, ocorrerá a inversão térmica (3), o ar que ficar preso sob o smog permanecerá frio e reterá todos os gases poluentes emitidos na cidade por automóveis, fábricas etc. (veja esquema 3 da figura acima). A não dispersão dos gases provoca um aumento elevado da concentração de poluentes, agravando o problema atmosférico. Das interações entre as substâncias que constituem o smog, consideradas como poluentes primários, podem surgir poluentes secundários, ou seja, substâncias que não foram lançadas diretamente na atmosfera, mas sim produzidas com base em outros gases poluentes. Um exemplo é o dióxido de nitrogênio, que pode formar o ácido nítrico, substância altamente corrosiva que reage com metais, mármores, granitos e outros materiais. Outro exemplo é o ozônio, que em altas concentrações, na atmosfera, torna-se tóxico e reage com plásticos, borrachas, fibras têxteis, tintas, entre outras, provocando a decomposição desses materiais.

109


ESTUDO DOS GASES

Além do ozônio, outros gases são formados pelo smog fotoquímico, como o dióxido de nitrogênio (NO2), o peróxido de hidrogênio (H2O2), o nitrato de peroxiacetil (CH3CO2NO3) e o ácido nítrico (HNO3). Esses poluentes provocam irritações nasais e oculares, dificuldades de respiração e prejudicam a visibilidade. A névoa seca é um outro fenômeno associado com a poluição, comum no Sul e Centro-Oeste do Brasil e da América do Sul, sobre o Oceano Atlântico e mesmo em certas regiões da África, nos meses de inverno (principalmente em agosto). Quando ela ocorre, a atmosfera fica com um espesso nevoeiro que não contém aerossóis (denominação química para pequenas partículas, líquidas ou gasosas, dispersas num meio gasoso). Por não conter partículas líquidas, esse tipo de nevoeiro é chamado névoa seca. Como a névoa seca coincide com a época da queimada de pastagens e campos, supõe-se que ela provenha da presença de material particulado, composto de sólidos ou líquidos dispersos em gases, que ficam suspensos no ar. Com a chegada das chuvas de setembro, a névoa seca desaparece, o céu readquire o tom azul e a visibilidade normaliza-se.

Paulo Cesar Pereira

Efeito estufa e aquecimento global

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A composição do ar atmosférico seco, em volume, é aproximadamente: 78% de nitrogênio, 21% de oxigênio e 1% de outros gases, entre os quais o dióxido de carbono (gás carbônico), com teor aproximado de 0,035%. Além desses gases, temos a presença de vapores-d’água uma porção de água em quantidade variável conforme a região do planeta e a época. A presença desses vapores é medida pela chamada umidade relativa do ar. Que o oxigênio é um ingrediente vital, você já sabe. No entanto, vamos destacar a importância de outros dois componentes da atmosfera: água e dióxido de carbono. Eles mantêm a Terra aquecida, possibilitando a existência de vida animal e vegetal no planeta. Esse processo é representado no esquema ao lado. A fonte de energia da Terra é, naturalmente, o Sol. Dos raios solares que incidem sobre nosso planeta, cerca de 30% não atravessam a atmosfera e são refletidos de volta para o espaço (radiação 1). A outra parte, 70%, entra na atmosfera (radiações 2). Parte dessa energia radiante que chega, a qual inclui a luz visível e a radiação ultravioleta, é absorvida pelos átomos e moléculas dos materiais da superfície terrestre que a transformam em energia viRetenção de radiação infravermelha bracional. Devido a essa absorção, os átomos e moléculas por gases de efeito estufa mudam seus estados vibracionais e emitem radiação infravermelha (radiação 3), menos energética do que a radiação ultravioleta. A radiação infravermelha emitida pelos materiais da superfície terrestre sai do planeta, mas parte dela pode ser absorvida por moléculas de dióxido de carbono, água e raios outros gases, como mostra o esquema de nossa represensolares absorção de tação na figura ao lado. infravermelho A água e o dióxido de carbono presentes na atmosfera atuam como um filtro que retém parte da radiação infraverCO2 H2O melha emitida pela superfície terrestre. Essa radiação retida radiação 1 provoca um aquecimento desses gases e, consequentemente, o aquecimento da atmosfera. Esse fenômeno natural é conheradiações 2 cido como efeito estufa e evita grandes variações de temperadiação infravermelha ratura entre o dia e a noite. radiação É o efeito estufa que mantém o clima terrestre ameno, sem infravermelha grandes variações entre o dia e a noite, permitindo que a vida se (radiação 3) mantenha. Sem ele, a temperatura média da superfície terrestre seria de –18 °C e não de 15 °C, como é atualmente. Como consequência, uma parte muito maior da superfície do nosso planeta seria permanentemente coberta de gelo. Parte da radiação solar que contém raios ultravioletas é absorvida pela superfície terrestre, que após absorção emite radiaO dióxido de carbono (CO2) é produto de vários procesção infravermelha. Parte dessa radiação que sairia do planeta sos naturais que se desenvolvem na Terra e é o gás que mais é absorvida pelos gases do efeito estufa, retendo calor que contribui para o efeito estufa. Ele permanece na atmosfera mantém a Terra aquecida. por aproximadamente 100 anos.


CAPÍTULO 1 2 3 4 National Science Foundation (NSF)

Desde o século XIX, vários fatores contribuíram para elevar a quantidade de dióxido de carbono presente na atmosfera 25% acima do normal. Entre esses fatores, os mais significativos são: queima de combustíveis fósseis, os grandes desmatamentos e as queimadas de florestas. No entanto, com mais dióxido de carbono, a atmosfera absorve maior quantidade da radiação infravermelha emitida pela superfície terrestre, aquecendo mais do que deveria. O resultado é o aumento da temperatura em todo o planeta, o chamado aquecimento global. Outros gases que também contribuem para esse fenômeno são o monóxido de carbono (CO), o monóxido de nitrogênio (NO), o ozônio (O3), o metano (CH4) e os clorofluorcarbonos (CFCs). Os CFCs, gases utilizados em refrigeradores, condicionadores de ar e sprays,, também absorvem parte do calor refletido pela Terra, contribuindo para o aumento da temperatura. Todos esses gases são chamados gases de efeito estufa (GEE). Um desses gases, o metano, tem a capacidade de reter calor 23 vezes maior do que o gás carbônico. Além disso, sua permanência na atmosfera é de cerca de 12 anos. Esse fatores fazem com que ele seja responsável por um terço do aquecimento do planeta. Diariamente, milhares de toneladas de metano são liberadas para a atmosfera por diferentes fontes: flatulências do gado; decomposição de lixos orgânicos e de esgotos; culturas inundadas de arroz; escape do gás natural, de carvão e de materiais vegetais, entre outros.

5 6 7 8

POTENCIAL DE AQUECIMENTO GLOBAL DE ALGUNS GASES DO EFEITO ESTUFA (GEE) GEE

Dióxido de carbono (CO2) Metano (CH4) Óxido nitroso (N2O) Hexafluoroetano (C2F6) Hexafluoreto de enxofre (SF6)

Potencial de Aquecimento Global (100 anos)

1 21 310 9 200 23 900

Um dos tristes sinais das recentes alterações climáticas é o recuo de grandiosas massas geladas nos glaciares e nas montanhas de gelo a grandes altitudes. A contagem do derretimento é sempre muito além do normal. No Ártico, o gelo marítimo reduziu de 16% a 20% nos últimos 30 anos. Alguns pesquisadores alertam que a aceleração do degelo em campos de terra firme ainda é a mais preocupante, pois o aquecimento global tem se manifestado com invernos menos rigorosos e que não estão conseguindo recompor toda a massa derretida no período do verão. Na Groenlândia (foto acima), o degelo duplicou entre os anos de 1996 e 2005 e chega a atingir uma área de 224 km2, o que corresponde a 10% do volume de água contido em todos os rios do planeta.

Para calcular o efeito dos GEE, foi estabelecida a medida de Potencial de Aquecimento Global,, medida relativa que compara os efeitos de uma quantidade de cada gás com mesma quantidade de dióxido de carbono cujo potencial é definido como 1. O Potencial de Aquecimento Global é calculado sobre um intervalo de tempo específico, e esse valor deve ser declaraRogério Reis/Olhar Imagem do para a comparação. Segundo relatório da FAO em 2006, a pecuária As causas do aumento da temperatura no planeta ainda são prejudica mais o ambiente do que os carros. Tudo objeto de controvérsias e debates acirrados nos meios científico culpa do metano que o gado é capaz de produzir pela e político. Essas discussões envolvem tanto os que afirmavam ser fermentação dos alimentos ingeridos. esse processo de aquecimento global um processo natural quanto defendem que o fenômeno é acelerado por ações da sociedade e da cultura do consumo. Em 1992, foi realizado no Rio de Janeiro um Congresso Mundial, denominado Eco 92, para discutir os problemas ambientais. Durante o evento, 155 países assinaram uma Convenção Climática comprometendo-se a reduzir emissões atmosféricas intensificadoras do efeito estufa. Essa convenção deveria ser ratificada e assinada por todos os países em 1997, na cidade de Kyoto – Japão. Considerando questões econômicas e desconsiderando questões ambientais, vários países recusaram-se a assinar o Protocolo de Kyoto e somente em 2005 ele entrou

111


ESTUDO DOS GASES

em vigor quando se completou a adesão de 55 países, mas ainda sem contar com a participação de grandes nações poluidoras como os Estados Unidos. Em junho de 2012, foi realizada, na cidade do Rio de Janeiro, a Conferência das Nações Unidas sobre Desenvolvimento Sustentável, Rio+20. A Conferência foi marcada pela participação de várias ONGs, pela mobilização mundial em prol da sustentabilidade e pela falta de compromisso dos governos em ratificar acordos internacionais. Diante da dificuldade, os documentos não avançaram de forma significativa como se esperava. Dessa forma, as metas de redução anual das emissões de gases causadores do efeito estufa estão longe de serem atingidas. Assim, a temperatura global média continua aumentando, como revelaram os relatórios de 2007 do Painel Intergovernamental de Mudanças Climáticas, promovido pela Organização das Nações Unidas (ONU). Esses relatórios elaborados com a contribuição de cientistas de vários países destacaram pontos importantes sobre as alterações climáticas atuais, entre eles o de que há pouca probabilidade de o aquecimento global ser de causa exclusivamente natural. Ainda que permaneça a dúvida entre os cientistas sobre a origem principal do aquecimento global, o fato é que o não comprometimento dos governos dos países em reduzir atividades humanas poluidoras contribui para o agravamento de diversos outros problemas ambientais, além do aquecimento global, como os exemplificados nas fotos abaixo. De certa maneira, pode-se dizer que todos esses movimentos e estudos têm demonstrado a importância de se buscar atitudes que visem reduzir as mudanças causadas pelas atividades humanas no planeta.

Somos todos responsáveis pela preservação de nosso planeta. Você está fazendo a sua parte? As mudanças necessárias vão desde questões de políticas nacionais até questões relacionadas a hábitos corriqueiros.

Será que os químicos poderão contribuir para reverter essa situação? Haverá uma maneira de evitar as consequências desse aumento de temperatura?

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Hely Demutti

Hely Demutti

Hely Demutti

Hely Demutti

Tom Dowd/Dreamstime

NASA

A temperatura média do planeta está subindo, causando derretimento das geleiras geleiras; furacões e ciclones mais fortes; expansão das áreas de secas; inundações e ondas de calor intenso mais frequentes; avanço do mar sobre cidades litorâneas; aumento do número de espécies em extinção: se providências sérias e imediatas não forem tomadas, as possibilidades de tragédias e extinção de espécies tendem a aumentar.


FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

1. Explique, com suas palavras, o que é poluição. Dê exemplos de poluição encontrada em seu dia a dia. 2. A prática de grafitagem e de pichação é considerada crime pelo Código Penal brasileiro. Há, no entanto, estudiosos que veem as pichações e grafitagens como formas de manifestações culturais. E você, o que pensa a respeito? Por que essa prática leva à poluição visual?

3. Por que rodoviárias devem ter telhados bastante elevados? Por que as indústrias têm chaminés bem altas? Você acha que elas resolvem o problema da poluição? Justifique sua resposta.

4. Explique, com suas palavras, por que os gases do efeito estufa contribuem para manter a atmosfera mais quente. 5. Debata os fatores que têm provocado o aumento da concentração dos gases do efeito estufa. 6. Debata as seguintes questões: a) Por que as medidas adotadas em convenções internacionais não têm evitado o aumento do aquecimento global? b) Por que os governantes alegam os aspectos econômicos como prioritários em relação aos ambientais? c) Quais as dificuldades políticas para resolver os problemas ambientais?

CAPÍTULO

Debata e entenda

1 2 3 4 5 6 7 8

7. Como o smog é formado? O que poderia ser feito para diminuir os efeitos do smog e da inversão térmica nos grandes centros urbanos?

8. Explique, com suas palavras, como ocorre a inversão térmica. Em seu texto, inclua também os fatores que contribuem para a inversão térmica.

1 MEDIDAS, FENÔMENOS E MODELOS

A

possibilidade de alterar as estruturas químicas das substâncias permitiu o desenvolvimento e a síntese de uma diversidade de substâncias presentes nas sociedades modernas. Muitas dessas novas substâncias têm provocado mudanças significativas no delicado equilíbrio de nosso planeta. Compreender esse equilíbrio e suas mudanças é fundamental para que possamos pensar em modelos de desenvolvimento que preservem a vida em nossa delicada residência terrestre. Para essa compreensão, é fundamental que saibamos a química dessas mudanças: quais as substâncias envolvidas, suas propriedades e transformações. A compreensão da química dessas mudanças só é possível a partir da compreensão da estrutura básica da matéria. Ou seja, a compreensão do átomo. O estudo da presente unidade deste livro visa a consolidar o entendimento desse conceito. Se o átomo não pode ser visualizado por instrumentos ópticos, que fatos nos levam a acreditar em sua existência? O que já conhecemos sobre sua estrutura? No presente capítulo, procuraremos responder à primeira questão e no próximo, à segunda. Para apresentar os fatos que levaram os cientistas a crerem na existência de átomos, vamos desenvolver estudos que fornecem a base experimental para a consolidação desse modelo. Acreditamos nos modelos que conseguem explicar de modo satisfatório os fenômenos investigados. O comportamento dos gases e a ocorrência de reações químicas são fenômenos largamente analisados pelos químicos e podem ser explicados por modelos que consideram que a matéria é constituída de partículas, as quais denominamos átomos. Esses estudos são feitos por meio de medidas precisas relativas ao comportamento dos gases e à ocorrência de reações químicas. Inicialmente, vamos considerar alguns pontos sobre

113


ESTUDO DOS GASES

o estudo das medidas. Depois, sobre medidas que permitem o estudo do comportamento dos gases, e, ao final, vamos analisar medidas relacionadas à ocorrência de reações químicas. Durante esses estudos sobre os gases e as reações químicas, veremos como o modelo para a constituição da matéria de átomo idealizado por Dalton consegue explicar satisfatoriamente os resultados encontrados. Ainda que incertos – até porque se baseiam em medidas também incertas –, esses modelos continuam sendo fundamentais para a Química. Vejamos um pouco mais sobre medidas e suas grandezas.

Grandeza Qualquer quantidade física que possa ser medida é denominada grandeza. Procuramos sempre utilizar as grandezas que são mais convenientes para o que se deseja medir. Os líquidos, por exemplo, são medidos por seus volumes, embora também possam ser medidos por suas massas. Podemos utilizar diferentes unidades de medida para uma mesma grandeza. Para o comprimento, por exemplo, é possível usar o metro, a polegada, a légua etc.

Hely Demutti

Pense

AFP/ Getty Images

Onde é mais comum as pessoas desperdiçarem maiores quantidades de comida, em restaurantes pagos por quilo ou naqueles self-services, com preço único? Por quê?

O cilindro-padrão de massa é uma liga de platina (90% Pt e 10% Ir) e está guardado na França. Uma pessoa que pesa 65 kg é 65 vezes mais pesada do que esse cilindro.

O hábito de colocar no prato só o que se vai comer pode ser estimulado pelo uso da balança.

Antigamente, as unidades de medidas eram imprecisas porque se baseavam no corpo humano: palmo, pé, polegada, braça, côvado. Isso causava muitos problemas, em razão das diferenças físicas entre as pessoas, e tornava as unidades de medida pouco confiáveis. A necessidade de converter uma medida em outra era tão importante quanto a necessidade de converter uma moeda em outra. Era comum que a casa da moeda de cada país, como a do Brasil, também cuidasse de um sistema de medidas próprio. Atualmente define-se metro como sendo o comprimento do trajeto percorrido pela luz no vácuo durante um intervalo de tempo de 1/299 792 458 de segundos. Para padronizar as medidas e facilitar o comércio de mercadorias entre diferentes povos, em 1789 a Academia de Ciência da França criou o Sistema Métrico Decimal (inicialmente com três unidades básicas: o metro, o litro e o quilograma), oficializado em 1960 como Sistema Internacional de Unidades, identificado pela sigla SI. O Sistema Internacional de Unidades utiliza as seguintes sete grandezas de base com as suas respectivas unidades: Grandeza

Comprimento Massa Tempo Corrente elétrica Temperatura termodinâmica Quantidade de matéria Intensidade luminosa

114

Unidade

Plural

Símbolo

metro quilograma segundo ampère kelvin mol candela

metros quilogramas segundos ampères kelvins mols candelas

m kg s A K mol cd


CAPÍTULO

A grandeza quantidade de matéria é uma grandeza utilizada pelos químicos para quantificar a quantidade de constituintes da matéria. Essa grandeza tem como unidade mol, o qual se refere à quantidade de entidades existentes em 12 gramas de átomos de carbono-12. Além das unidades de base e outras derivadas, o SI adota também prefixos que são usados como múltiplos e submúltiplos para as unidades, conforme a tabela a seguir. Símbolo

yotta

Y

1024 = 1 000 000 000 000 000 000 000 000

zetta

Z

1021 = 1 000 000 000 000 000 000 000

exa

E

1018 = 1 000 000 000 000 000 000

peta

P

1015 = 1 000 000 000 000 000

tera

T

1012 = 1 000 000 000 000

giga

G

10 = 1 000 000 000

mega

M

106 = 1 000 000

quilo

k

10³ = 1 000

hecto

h

10² = 100

deca

da

101 = 10

deci

d

10 –1 = 0,1

centi

c

10 –2 = 0,01

mili

m

10 –3 = 0,001

micro

µ

10 –6 = 0,000 001

nano

n

10 –9 = 0,000 000 001

pico

p

10 –12 = 0,000 000 000 001

femto

f

10 –15 = 0,000 000 000 000 001

atto

a

10 –18 = 0,000 000 000 000 000 001

zepto

z

10 –21 = 0,000 000 000 000 000 000 001

yocto

y

10 –24 = 0,000 000 000 000 000 000 000 001

2 3

Fator de multiplicação da unidade

9

4

Medidores caseiros não são precisos para comercialização nem para estudos científicos.

5 6 7 Hely Demutti

Nome

1

8

Fonte: Inmetro. Disponível em: <www.inmetro.gov.br/infotec/publicacoes/si_versao_final.pdf>. Acesso em: 25 mar. 2013. (Adaptado)

Erros nas medidas Existem três possíveis fontes de erro quando se trata de medidas: o próprio instrumento, o método e o observador. Por mais preciso que seja um instrumento, ele sempre vai apresentar uma medida próxima do real, mas nunca com total exatidão. A precisão de um instrumento é sua fidelidade às próprias medições. Por exemplo, se, numa primeira medição, uma balança mostra que determinado objeto pesa 100 g, ela deverá apresentar valores muito próximos a esse em todas as demais medições do mesmo objeto. Se, numa segunda medição, a balança registrar 115 g e, numa terceira, 95 g, significa que ela não é precisa.

115


Considerando que a qualquer medição está associado um erro e que muitas leis e teorias científicas são elaboradas com base em resultados de medidas, o que você pode dizer sobre a confiabilidade das teorias científicas?

Hely Demutti

A pessoa que atirou os dardos foi muito precisa, pois eles atingiram praticamente o mesmo ponto, estando muito próximos uns dos outros. Note, porém, que ela não foi exata.

A precisão de uma medida depende da leitura criteriosa do instrumento utilizado.

Existem diferentes métodos para fazer uma medição. Alguns são mais precisos, outros são menos precisos. Mesmo os mais sofisticados sempre apresentarão alguma imprecisão. Outra possível fonte de erro nas medidas está associada ao próprio pesquisador. Um iniciante na prática de leitura de volumes de líquidos certamente cometerá erros que um técnico mais experiente não cometeria. Porém, mesmo o “olho clínico” do técnico está sujeito a erros. O desenvolvimento da Ciência depende da construção de aparelhos cada vez mais precisos. Lavoisier só pôde elaborar a Lei de Conservação da Massa com o aperfeiçoamento das balanças. Os dados então obtidos em suas pesquisas demonstravam que, na natureza, havia conservação de massa, e que esta se mantinha constante. Atualmente, medidas mais precisas demonstram, porém, que em explosões atômicas a massa não se conserva e transforma-se em energia.

béquer O béquer, por ser um recipiente largo, é muito menos preciso do que as pipetas e os balões volumétricos, que são estreitos e identificam com facilidade a variação de pequenas gotas no volume do recipiente.

116

A pessoa que atirou os dardos nesse caso teve uma exatidão maior do que a outra, pois estão mais próximos do alvo. No entanto, ela não foi precisa como a primeira, pois os dardos ficaram mais distantes uns dos outros.

balão volumétrico

pipeta

pera

Fotos: Hely Demutti

ESTUDO DOS GASES

Pense

Fotos: Hely Demutti

A exatidão de um instrumento está relacionada com a capacidade de medir um valor o mais próximo possível do real. Uma balança pode ser muito precisa, mas não ser exata. Ela pode, por exemplo, fornecer sempre um valor de 115 g para um objeto de 100 g.


CAPÍTULO

A tabela periódica, por sua vez, foi elaborada com base em uma lei que relacionava as propriedades das substâncias simples com sua massa molar. Apesar do papel decisivo que essa lei teve na organização do conhecimento de Química, ela apresentava “furos”: as medidas de massa de algumas substâncias apresentavam grandes erros. Esses fatos históricos nos mostram que todo conhecimento revela limitações. Sabemos que quanto maior a precisão das medidas, mais confiança poderemos ter nos resultados. Mesmo assim, os resultados e as leis geradas por eles jamais serão verdades incontestáveis: outros modelos e teorias sempre poderão superá-los.

1 2 3 4

A conversão de unidades de medidas

5 6

Pense Como podemos saber quanto representa a distância de 100 milhas se a unidade que utilizamos é o quilômetro?

7 8

Um padrão de medida é um valor que carrega a história e a cultura do povo que o criou. Por isso, mesmo com a oficialização do Sistema Internacional de Unidades (SI), alguns padrões tradicionais resistem. É o caso da milha, padrão de medida de distância que continua a ser usado por ingleses e norte-americanos. Como todas as medidas são relacionadas com padrões, sempre existirá uma relação entre os diferentes padrões de medida de cada grandeza. Confira na tabela a seguir. ALGUMAS UNIDADES DE MEDIDA PARA AS GRANDEZAS MASSA E COMPRIMENTO E SUAS RELAÇÕES COM O SI Grandeza

Comprimento

Massa

Unidade

Símbolo

Relação com a unidade

1 · 10 –10 m

angström

Å

polegada

in (’)

2,54 · 10 –2 m

ft (”)

3,048 · 10 –1 m

milha

mi

légua

légua

6 600 m

grão

grão

6,479891 · 10 –5 kg

onça

oz

2,8691 · 10 –2 kg

dálton

dálton

1,647 · 10 –27 kg

libra arroba

lb arroba

1609,344 m

4,53592 · 10 –1 kg 14,688 kg

Fonte: ROCHA Fo, R. C.; SILVA, R. R. da. Introdução aos cálculos da Química. São Paulo: Mc Graw Hill/Makron Books,1992.

Quando fazemos operações envolvendo diferentes grandezas, é preciso que todas as unidades de medidas sejam compatíveis. Essa padronização requer, muitas vezes, a realização de cálculos de conversão. O método usual de conversão de unidades é a regra de três simples, mas existe ainda outro, chamado análise dimensional. Vamos aprender a trabalhar com esse método diferente do convencional.

117


O método de análise dimensional

ESTUDO DOS GASES

A análise dimensional baseia-se na conversão sucessiva das unidades até a obtenção do resultado esperado. Isso é feito por meio de fatores de conversão, que são igualdades originadas de relações entre duas unidades. Por exemplo, sabe-se que: 1 h = 60 min Se dividirmos a igualdade acima nos dois lados por 1 h, teremos: 1h 60 min 60 min = V1= 1h 1h 1h Logo, o quociente (60 min/1 h) é uma identidade, pois o seu valor corresponde a um (sem unidade de medida). Assim, tal quociente corresponde a um fator de conversão: converte a unidade hora na unidade minuto. Para a conversão, basta multiplicar a unidade que se deseja converter pelo fator de conversão apropriado. Vamos ver alguns exemplos de conversão de unidades por análise dimensional. 1. A quantos segundos correspondem 45 minutos? Comecemos identificando o fator de conversão, estabelecendo a relação entre as unidades envolvidas no exercício. Coloque no lado esquerdo da igualdade a unidade que irá ser transformada – nesse caso, minutos – e no lado direito a unidade que se deseja – ou seja, segundos. 1 min = 60 s Divida a relação por um valor que apresente como resultado do primeiro termo da igualdade o valor unitário. No caso, divida os dois termos da igualdade acima por 1 min. 60 s 60 s 1min = 1min V 1 = 1min 1min Assim, o fator de conversão será 60 s/min. Para resolver o problema, basta multiplicar o valor que se deseja transformar pelo fator de conversão. A grandeza a ser determinada é o tempo, cujo símbolo é a letra t. Então: 60 s t = 45 min · = 2 700 s 1min Observe que a unidade minuto é cancelada por apresentar-se no numerador e no denominador. Dessa forma, resta apenas a unidade segundo (s), conforme solicitado. 2. Quantos minutos existem em 3 dias? Comecemos encontrando o fator de conversão. A unidade a ser transformada é o dia. Esta deverá aparecer no lado esquerdo da igualdade e, depois, do outro lado, a unidade minuto, que é a que desejamos. Observe que, nesse caso, precisaremos de dois fatores de conversão, a partir das relações: 1 dia = 24 h e 1 h = 60 min Para encontrar os fatores de conversão, temos que dividir as igualdades de forma que o valor do primeiro membro da igualdade seja igual a um. Teremos então: 1 dia 24 h 24 h 1h 60 min 60 min = V1= e = V1= 1 dia 1 dia 1 dia 1h 1h 1h O primeiro fator de conversão (24 h/1 dia) será usado para converter o dia em horas e o segundo, para converter a hora em minutos. A grandeza a ser determinada é o tempo. Então:

24 h . 60 min = 4 320 min 1 dia 1h As unidades dia e h são canceladas por apresentarem-se no numerador e no denominador. Dessa forma, resta apenas a unidade min, que é exatamente a que se espera como resposta. t = 3 dias .

118


David Lees/Corbis/Latinstock

T

anto para o estudo do comportamento dos gases, que permite a compreensão do modelo atômico, quanto para o estudo dos problemas relacionados com a poluição atmosférica, precisamos entender o comportamento dos gases. Para esse estudo será necessário trabalhar com três grandezas: pressão, volume e temperatura. São essas grandezas que caracterizam o estado gasoso. Vamos agora rever alguns conceitos relacionados a elas.

CAPÍTULO

2 GRANDEZAS DO ESTADO GASOSO

1 2 3 4 5

Pressão

6

P =

F A

7 8

A foto mostra uma reconstrução do barômetro de Torricelli.

Evangelista Torricelli, o inventor do barômetro.

Scientific-web.com

O físico e matemático italiano Evangelista Torricelli [1608-1647] sugeriu que a atmosfera, constituída por gases em constante movimento, é capaz de exercer pressão sobre a superfície terrestre. Para medi-la, ele inventou um instrumento chamado barômetro. O barômetro de Torricelli consiste de um longo tubo de vidro com mercúrio (Hg) dentro de uma bacia cheia do mesmo metal (que é líquido em temperatura ambiente), de tal modo que uma extremidade do tubo fica emborcada na bacia e a outra, fechada. Na época da sua invenção, o barômetro foi considerado uma descoberta de excepcional importância para a Ciência: com ele é possível fazer previsões das condições climáticas. Mais tarde, baseado no princípio do barômetro, seria desenvolvido o manômetro, que serve para medir a pressão de gases e líquidos. Além do manômetro de mercúrio, existem diferentes mecanismos utilizados para o mesmo fim e que recebem o mesmo nome. Um tipo particular de manômetro, denominado esfigmomanômetro, é utilizado para medir a nossa pressão arterial. A pressão é uma grandeza física que expressa a força exercida sobre um corpo por unidade de área. No caso dos gases, pressão é o resultado da força exercida em conjunto por suas partículas sobre a área do recipiente que os contém. Fisicamente, a pressão (P) é definida pela relação entre as grandezas força (F) e área (A), sendo expressa pela equação:

Pense Como funciona o barômetro de Torricelli? Por que a coluna de mercúrio (Hg) não escoa totalmente para o recipiente de baixo?

A tendência é que o líquido escoe para a bacia. Todavia, existe uma pressão do ar sobre o líquido que está na bacia, ou seja, as moléculas do ar exercem uma força sobre a área do líquido. Essa pressão impede que todo o mercúrio da coluna escoe para a bacia. Se essa pressão diminuir, maior quantidade de mercúrio vai escoar. Portanto, quanto menor a pressão do ar sobre a superfície do líquido encontrado na bacia, mais

119


o mercúrio escoa e, consequentemente, menor será a coluna de mercúrio no tubo. Por outro lado, quanto maior a pressão exercida pelo ar, menos líquido vai escorrer e maior será a coluna de mercúrio.

Pense

J. Yuji

ESTUDO DOS GASES

A pressão do ar sobre o líquido na bacia impede que o mercúrio da coluna escoe.

Por que a pressão atmosférica varia com a altitude? atmosfera

atmosfera

mercúrio

A pressão atmosférica varia em função de uma série de fatores, como a movimentação do ar (correntes de massas gasosas), a temperatura e a altitude. Assim, por exemplo, quanto maior a quantidade de ar que está sobre um líquido, maior será a pressão. Em elevadas altitudes, a quantidade de ar sobre a superfície terrestre é bem menor do que ao nível do mar e, por isso, na serra a pressão é menor do que na praia. Uma vez que a pressão atmosférica varia de acordo com a altitude, definiu-se inicialmente como unidade de medida de pressão a atmosfera (atm), a qual corresponde à pressão que equilibra uma coluna de mercúrio de 760 mm de altura a 0 °C e a 0 m de altitude (a referência é o nível do mar). Essa unidade de medida corresponde no SI a 101325 pascals (Pa).

H el em

Luiz Claudio Marigo/Opção Brasil Imagens

yD Hely Demutti

ut ti

Esfigmomanômetro

Manômetro

Diferentes aparelhos permitem a medida de pressão. O esfigmomanômetro mede a pressão arterial; o barômetro, um tipo de manômetro, a pressão atmosférica; e outros manômetros, como da foto, medem a pressão de líquidos ou gases em sistemas fechados.

Barômetro

UNIDADES DE MEDIDA DA GRANDEZA PRESSÃO Grandeza

Luiz Claudio Marigo/Opção Brasil Imagens

Pressão (P)

Em elevadas altitudes, como no Pico da Neblina (2993,8 m), a pressão será maior ou menor? Por quê?

Unidade de medida

Símbolo da unidade

pascal (SI)

Pa

milímetro de mercúrio

mmHg

760 mm de Hg = 101 325 Pa

atmosfera

atm

1 atm = 101 325 Pa

Com os dados da tabela acima podemos fazer algumas conversões de unidade de pressão. Vejamos um exemplo: Na cidade de Brasília, a uma altitude de 1200 metros, um boletim meteorológico anunciou uma pressão atmosférica de 99602 Pa. Qual é a pressão em milímetros de mercúrio? Usando o fator de conversão, estabeleça a relação entre unidades começando pela fornecida. Teremos: 101325 Pa = 760 mmHg 101 325 Pa 760 mmHg 760 mmHg = V1= 101 325 Pa 101 325 Pa 101 325 Pa Então, P = 99 602 Pa ·

120

Relação da unidade com o SI

760 mmHg = 747 mmHg. 101 325 Pa


Volume

CAPÍTULO

O volume é uma grandeza que mede o espaço ocupado por um determinado corpo. O cálculo do volume para objetos regulares, como um cubo e um cilindro, é dado por área · altura. No caso:

1

V (cubo) = A · h

e

2

V (cilindro) = π · r2 · h

3

A

π · r2

h

4 5 6 7

J. Yuji

J. Yuji

A unidade de medida no SI da grandeza volume é o metro cúbico (m3). A tabela a seguir apresenta outras unidades utilizadas para medir volume. Apesar de a unidade de volume do SI ser o metro cúbico, os químicos usam, na maioria das vezes, a unidade litro (L) e mililitro (mL), pois o metro cúbico (equivalente a 1000 L) é uma quantidade muito grande para se trabalhar.

8

h

V (cilindro) = π · r2 · h

V (cubo) = A · h

UNIDADES DE MEDIDA MAIS UTILIZADAS PARA A GRANDEZA VOLUME Grandeza

Volume (V)

Unidade de medida

Símbolo da unidade

metro cúbico (SI)

m3

litro

L

galão (EUA)

galão

Relação da unidade com o SI

1 L = 10 –3 m3 (1 mL = 1 cm3) 1 galão = 3,785 · 10 –3 m3

Temperatura Temperatura é definida, de forma simplificada, como a quantidade de calor de um material, substância ou corpo. Assim como acontece com outras grandezas, existem várias unidades de medidas de temperatura. As escalas mais usadas são apresentadas na tabela a seguir. UNIDADES DE MEDIDA MAIS UTILIZADAS PARA A GRANDEZA TEMPERATURA Grandeza

Temperatura

Unidade de medida

Símbolo da unidade

Relação da unidade com o SI*

T

Kelvin (SI)

K

t

Grau Celsius

°C

T/K = (t/°C) + 273,15

θ

Grau Fahrenheit

°F

T/K = [(θ/°F – 32)/1,8] + 273,15

* A conversão da escala de temperatura Fahrenheit (θ) para a temperatura Celsius (°C) é: t/°C = (θ/°F – 32)/1,8.

No Brasil, a escala comumente utilizada é a Celsius (°C). Ela é baseada nas temperaturas de fusão e de ebulição da água. A primeira recebe valor arbitrário igual a zero (temperatura de fusão da água = 0 °C) e a segunda, valor igual a cem (temperatura de ebulição da água = 100 °C).

121


ESTUDO DOS GASES

Nos Estados Unidos e na Europa, utiliza-se a escala Fahrenheit (°F), que é definida de forma similar à escala Celsius, com a diferença de que foi convencionado 32 °F como temperatura de fusão da água e 212 °F como temperatura de ebulição. O zero dessa escala corresponde à temperatura de fusão de uma mistura de água, gelo picado, cloreto de sódio e amônia. A variação de 1 °C equivale à variação de 1,8 °F. A escala oficial de temperatura do Sistema Internacional de Unidades é a termodinâmica, também denominada temperatura termodinâmica termodinâmica. O significado dessa escala será discutido mais adiante neste capítulo. Ela é similar à escala Celsius, com a diferença de que a temperatura de fusão da água é 273,15 K, e a de ebulição é 373,15 K. Quando há variação de 1 °C, também há variação de 1 K. Com base nos dados da tabela anterior, podemos fazer algumas conversões de unidade de temperatura. Vejamos os exemplos a seguir. a) Em um hospital europeu, foi constatado que uma pessoa estava com temperatura igual a 104 graus Fahrenheit. Essa pessoa está com febre ou não? Considerando a relação entre unidades: t/°C = ((θ/°F – 32)/1,8, teremos: t (104 °F / °F – 32) = = 40 V t = 40 °C °C 1,8 Logo, a pessoa está com febre. Observe que as unidades °C e °F estão presentes no fator de conversão, de forma que na resolução se obtenha a unidade correta. b) Num dia muito quente de verão, os termômetros estavam marcando 41 °C. Qual será a temperatura no SI? Considerando a relação entre unidades: T/K = (t/°C) + 273,15 T 41 °C = + 273,15 = 314,15 V T = 314,15 K K °C c) Converta 110 °F em temperatura na escala Kelvin. Considerando a relação entre unidades: T/K = [(t/°F – 32)/1,8] + 273,15, teremos: T (110 °F / °F – 32) = + 273,15 = 314,15 K 1,8

Volozhanin Ivan/Shutterstock

Exercícios 1. Por que medidores de cozinha não poderiam ser usados em um laboratório de análises científicas?

2. Em um experimento científico, é recomendável que todas as medidas de uma grandeza sejam feitas pela mesma pessoa. Justifique.

3. Qual é a diferença entre precisão e exatidão? 4. Por que todas as grandezas devem ser seguidas de uma unidade?

5. Sabendo que a densidade do chantili é muito menor do que a do creme de leite, explique por que o primeiro é vendido em unidade de volume e o segundo em unidade de massa.

122

T = 316,48 K

Igor Masin/Shutterstock

FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

6. Embora tenha sido pioneiro na adoção do sistema métrico, o Brasil ainda hoje convive com mais de um sistema de unidades. Por exemplo, no comércio compramos ferro na unidade barra e tinta na unidade galão, e na lavoura os agricultores usam unidades como arroba e saca. Por que ainda são usados esses diferentes sistemas de unidade? Utilizando as relações indicadas na tabela da página 117, resolva os exercícios a seguir.

7. De quantos minutos é constituído um ano? 8. Converta os valores de comprimento das medidas a seguir na unidade de base do SI: a) 6,8 Å; c) 48 pés; b) 75,3 polegadas; d) 3,5 léguas.


unidade de base do SI: a) 750 libras;

b ) 8 235 ⋅ 109 dáltons.

15. Qual é a referência do ponto zero na escala de temperatura de termodinâmica proposta por Kelvin?

10. Em um filme, um guarda de trânsito para um motorista que dirigia a 70 milhas/h. Esse motorista seria multado por excesso de velocidade em uma rodovia no Brasil cuja velocidade máxima é 110 km/h?

13. Qual é a relação existente entre a altura da coluna de

2

pacientes e preencheram as fichas anotando os seguintes valores, sem unidade: 311,15 e 96,8. a) Qual a unidade de medida que cada enfermeiro utilizou? b) Com base nesses valores, qual a temperatura de cada paciente na escala Celsius?

912 mmHg. Calcule o valor dessa pressão em: a) atmosferas (atm); b) pascals (Pa). aproximadamente 1050 m de altitude) ou no Rio de Janeiro (ao nível do mar)? Justifique.

1

16. Dois enfermeiros aferiram a temperatura de diferentes

11. A pressão atmosférica medida em uma cidade foi de

12. Onde a pressão atmosférica é maior: em Brasília (a

CAPÍTULO

do tempo. Ele tem 21 700 L de gás. Converta seu volume em metros cúbicos.

9. Converta os valores de massa das medidas a seguir na

3 4 5 6

17. Converta as temperaturas abaixo em graus Celsius: a) 25 °F.

b) 135 °F.

c) 270 K.

7

d) 350 K.

8

18. Converta as temperaturas abaixo em temperatura ab-

mercúrio e a pressão atmosférica?

14. O balão meteorológico, conhecido como balão-sonda, é munido de aparelhagem para observar as condições

soluta (K): a) 37 °C. b) –25 °C.

c) 100 °F. d) 15 °F.

3 PROPRIEDADES DOS GASES

V

Gases de enxofre produzidos pelas usinas termelétricas no Sul do Brasil são responsáveis pela chuva ácida que atinge o Paraguai. Usina termelétrica a gás de Araucária (PR), 2008.

Paul Thur/National Science Foundation

Paul Thur/National Science Foundation

ocê sabia que a atmosfera da Antártida sofre um processo de degradação, embora praticamente não haja atividade humana no local? É que as moléculas dos gases estão em constante movimento e dispersam-se por toda a atmosfera. A dispersão atenua os efeitos de alguns gases tóxicos em determinadas regiões, mas não elimina o problema e se globaliza. É por esse motivo que o acidente nuclear de Chernobyl contaminou vários países da Europa. É por isso também que o fenômeno de chuvas ácidas, provocado pela produção de gases de enxofre em usinas termelétricas no Sul do Brasil, afeta o Paraguai. Portanto, uma propriedade básica dos gases, como a dispersão, é um dos motivos que tornam a poluição atmosférica um problema de caráter mundial, envolvendo aspectos políticos e econômicos. Para buscar soluções para tais problemas, é preciso compreender bem as propriedades dos gases. Por isso, vamos estudá-las. Com base na observação de vários fenômenos, elaboraremos um modelo científico, ou seja, uma representação do mundo real que nos permitirá compreender o comportamento dos gases e, de forma geral, da matéria.

Por causa da dispersão dos gases, até a atmosfera da Antártida está em processo de degradação. Via de Leverett Glacier, na Antártida, 2009.

123


Compressibilidade dos gases

Química Q uímica na escola

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

Teste do êmbolo: ele se move sozinho? Esse experimento pode ser feito individualmente ou em grupo, na própria sala de aula ou em sua casa, ou de forma demonstrativa pelo seu professor.

Hely Demutti

ESTUDO DOS GASES

Vamos começar este estudo desenvolvendo o experimento a seguir.

Materiais • duas seringas de 10 mL • lamparina

Observe que é mais fácil empurrar o êmbolo da seringa com ar do que o da seringa com água.

Procedimento 1. Em uma das seringas, coloque água até a marca de 7 mL. Com uma lamparina, aqueça a sua ponta, lacrando-a. Deixe esfriar. 2. Encha a outra seringa com ar até a marca de 7 mL e aqueça a ponta para lacrá-la. Deixe esfriar. 3. Agora, tente empurrar os êmbolos e observe o comportamento de cada seringa.

Destino dos resíduos Essa atividade não gera resíduos. As seringas devem ser guardadas para serem utilizadas por outras turmas.

Análise de dados 1. 2. 3. 4.

O que você observou? Em qual das seringas foi mais fácil para você empurrar o êmbolo? Proponha um modelo, por meio de desenhos, para os constituintes (partículas) dos materiais contidos em cada seringa. Cite exemplos do seu cotidiano em que você observa o comportamento dos gases similar ao do experimento e explique-os com base nesse modelo que você propôs.

No experimento acima, você deve ter notado que foi mais fácil comprimir o êmbolo da seringa cheia de ar do que daquela com água. Por que isso ocorreu? Que modelo explicaria esse comportamento? Se você considerar que tanto a água quanto o ar são formados por partículas – no caso, moléculas –, você já tem aqui o esboço de um modelo científico, ou seja, uma representação da realidade. Imagine agora essas partículas sendo comprimidas. É possível comprimir mais as moléculas do gás porque há mais espaços vazios entre elas. Isso nos leva à primeira conclusão: As moléculas dos gases estão bastante afastadas umas das outras.

124


De acordo com o modelo partículas, explique por que os sólidos e os líquidos não são compressíveis como os gases, desenhando como estariam as partículas da matéria em cada estado de agregação.

CAPÍTULO

Pense

1

Utilizando o nosso modelo, podemos representar os três estados de agregação da matéria por partículas. No estado gasoso, elas estão muito afastadas. Nos estados sólido e líquido, as partículas estão mais próximas umas das outras, sendo que, no primeiro, elas estão mais organizadas do que no estado líquido. Com esse modelo, é possível explicar por que os líquidos e gases têm formas variáveis, enquanto os sólidos têm forma fixa. B

C

Ilustrações: J. Yuji

A

líquido

sólido

gasoso

2 Modelo representando os constituintes de um material em diferentes estados físicos: a) No estado sólido, os constituintes se apresentam muito próximos. b) No estado líquido, esses constituintes estão muito próximos, mas de forma desorganizada. c) No estado gasoso, esses constituintes têm uma liberdade maior em relação aos outros estados físicos.

3 4 5 6 7 8

Observe que o modelo elaborado explica não somente uma das propriedades dos gases, a compressibilidade, mas também as propriedades dos três estados de agregação apresentadas no quadro abaixo. COMPARAÇÃO DAS PROPRIEDADES DOS SÓLIDOS, LÍQUIDOS E GASES Propriedade

Sólidos

Líquidos

Gases

forma do recipiente que o contém (variável)

Volume

definido (fixo)

definido (fixo)

Forma

definida (fixa)

forma do recipiente em que está contido sem, forma do recipiente em que necessariamente, ocupar todo o seu volume está contido (variável) (variável)

Compressibilidade relativa

muito pouca

muito pouca

grande

Densidade relativa

grande

grande

pequena

Difusão dos gases Existem pessoas de olfato tão sensível que consegue perceber a aproximação de outra pessoa pelo perfume que ela usa.

Pense Por que sentimos o cheiro de um móvel feito de madeira verde (recém-cortada) e não sentimos o cheiro de um móvel de ferro?

Para entender esse processo, vamos analisar um experimento muito curioso, que poderá ser demonstrado pelo seu professor, caso sua escola possua um laboratório de Química dotado de uma capela.

125


J. Yuji

ESTUDO DOS GASES

Anel de cloreto de amônio: produto sólido formado pela reação entre vapores de NH3 e HCl. chumaço de algodão umedecido com amônia (NH3 )

Um tubo de vidro bem limpo e seco, de um metro de comprimento, é fixado na horizontal em um suporte. Simultaneamente, coloca-se em uma extremidade um chumaço de algodão umedecido com ácido clorídrico (HCl) e na outra extremidade um chumaço umedecido em amônia (NH3). Após cerca de 15 segundos, nota-se a formação de um anel branco. Em um experimento desse tipo, observou-se que o anel foi formado a 59,4 cm do algodão com amônia e a 40,6 cm do algodão com ácido clorídrico. ATENÇÃO! Não tente reproduzir em casa esse experimento, pois nele se utilizam substâncias potencialmente perigosas. chumaço de algodão umedecido com ácido clorídrico (HCl)

O anel branco observado no tubo é a substância cloreto de amônio (NH4Cl), que, em temperatura ambiente, é um sólido. Essa substância é produzida na reação, conforme a equação química: HCl(g) + NH3(g) ( NH4Cl(s). Para a reação ocorrer, é necessária a interação entre as moléculas do cloreto de hidrogênio e as da amônia, o que só aconteceu a uma certa distância das extremidades.

Pense Por que o cloreto de amônio não foi formado nas extremidades do tubo e sim próximo à região central?

J. Yuji

Esse experimento demonstrou, portanto, que as moléculas dos gases têm ampla liberdade de movimento. Essa propriedade explica o odor dos perfumes: as suas moléculas se espalham rapidamente pelo ar e sentimos o aroma porque algumas delas chegam ao nosso nariz. O ácido clorídrico (HCl) e a amônia (NH3) são gases que estão dissolvidos em água. Ao abrirmos um frasco de uma dessas soluções, rapidamente percebemos o seu forte odor característico, pois esses gases se difundem no ambiente. No experimento em questão, tivemos uma evidência desse processo. No tubo, as moléculas dos gases difundiram-se, ou seja, elas se movimentaram. A diferença de velocidade dos gases deve-se à diferença de massa de suas moléculas. A massa de uma molécula de ácido clorídrico é maior do que o dobro da massa de uma molécula de amônia. Por isso, o deslocamento das moléculas de ácido clorídrico é bem mais lento. O que nos leva à segunda conclusão de nosso modelo científico:

A compressibilidade e a difusão dos gases podem ser explicadas pela baixa interação e pelo movimento desordenado das moléculas.

As moléculas dos gases estão em constante movimento. Por isso, eles podem se expandir, ocupando todo o volume do recipiente.

126


CAPÍTULO

Expansibilidade A expansibilidade decorrente de variações de temperatura é outra importante propriedade dos gases e poderá ser observada no próximo experimento.

1

Pense

2 3

Será que o volume de um gás está sujeito a variações de temperatura? Nesse caso, como varia o volume de um gás se aumentarmos a temperatura? E se a diminuirmos?

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

Brincando com bexiga: o que acontece quando mudamos sua temperatura?

6 7

Hely Demutti

Química na escola

4

8

Verifique a relação entre temperatura e volume dos gases e tente elaborar um modelo que explique o seu comportamento.

Materiais • • • • •

duas garrafas descartáveis de água mineral (500 mL) dois balões de festa (bexigas) dois recipientes de tamanho suficiente para colocar as garrafas mergulhadas em água água quente água e gelo

Procedimento 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Adapte um balão à boca de cada garrafa. Aperte uma das garrafas e observe. O que acontece? Justifique. Mergulhe uma garrafa em um recipiente com água quente (próxima a 80 °C). Deixe por pelo menos 3 minutos, retire a garrafa da água quente, observe e anote. Mergulhe a outra garrafa no outro recipiente com água e gelo. Deixe por pelo menos 3 minutos, retire a garrafa, observe e anote.

Destino dos resíduos Essa atividade não gera resíduos. O material deve ser guardado para ser utilizado por outras turmas.

Análise de dados 1. 2. 3. 4.

O que aconteceu com o gás contido na garrafa quando esta foi mergulhada em água quente? E em água fria? Represente, por meio de desenhos, o que aconteceu com as moléculas de gás em cada caso, após a variação de temperatura. O número de moléculas aumentou ou diminuiu após o aquecimento e o resfriamento dos gases? Justifique. Represente graficamente essa relação, ou seja, faça um gráfico da variação do volume em função da temperatura. Considere que você tem três pontos (situações diferentes): quente, temperatura ambiente e frio. 5. Baseando-se no gráfico confeccionado, indique qual das relações abaixo você pode estabelecer entre o volume (V) e a temperatura (T) de um gás: a) volume é igual à temperatura (V = T); c) V é inversamente proporcional a T (V α 1/T); b) V é proporcional a T (VαT); d) V independe de T. 6. Descreva uma hipótese que justifique as variações observadas.

127


Você já sabe que as moléculas dos gases estão em constante movimento. Consequentemente, elas devem chocar-se contra as paredes do recipiente que as contém. Quando sopramos uma bexiga, injetamos nela moléculas de ar que a pressionam, fazendo-a aumentar de tamanho.

ESTUDO DOS GASES

Pense O que poderá produzir a variação de volume do gás?

Paulo César Pereira

O aumento de volume de uma bexiga de ar pode ser explicado, se considerarmos que as moléculas dos gases do ar estão em constante movimento.

No caso de um balão lacrado, a quantidade de moléculas que ele contém é constante. Vamos verificar se o modelo que estamos utilizando pode justificar essa variação. Sabe-se que um corpo em movimento possui energia cinética. Energia é a capacidade de um sistema de realizar trabalho, ou seja, de produzir uma força para deslocar um corpo.

Pense Que veículo em movimento produzirá maior trabalho, ou seja, será capaz de provocar um maior deslocamento de outro carro, se houver um choque entre eles: a) Um fusquinha ou um caminhão? b) Um carro em uma rodovia na velocidade regulamentar de 80 km/h ou um carro de Fórmula 1 em um autódromo à velocidade de 200 km/h?

Pela análise das questões acima, percebe-se que a energia cinética está relacionada com a massa e a velocidade. Estudos físicos sobre a energia cinética demonstram que ela pode ser descrita pela equação matemática: Ec =

m v2 2

em que Ec representa a energia cinética; m, a massa da partícula; e v, sua velocidade. As moléculas gasosas estão em constante movimento, ou seja, possuem energia cinética. Em nosso modelo, para explicar os resultados experimentais, podemos acrescentar a ideia de que a energia cinética das moléculas está associada com a temperatura. Quanto maior for a temperatura de um gás, maior será a energia cinética e a velocidade de suas partículas gasosas e, consequentemente, maior será o volume ocupado por este, ou seja, maior será a sua expansão. Daí chegamos à seguinte conclusão: Quanto maior a temperatura, maiores serão a energia cinética e a velocidade das partículas gasosas. Estudos mais detalhados sobre o comportamento dos gases demonstram que a energia cinética média das partículas de um gás é proporcional à temperatura. Dessa forma, podemos considerar que a temperatura corresponde a uma dada energia cinética média das moléculas dos gases.

128


CAPÍTULO

Se dois gases encontram-se a uma mesma temperatura, suas moléculas têm a mesma energia cinética média. Demoramos a perceber o cheiro de certas substâncias porque suas moléculas são mais pesadas e, consequentemente, de velocidades menores. No caso do experimento apresentado na página 126, percebeu-se que as moléculas do ácido clorídrico apresentaram uma menor velocidade de difusão do que as moléculas de amônia. Se ambas estavam na mesma temperatura, então, de acordo com o nosso modelo, tinham a mesma energia cinética média (Ec), ou seja: Ec (HCl) = Ec (NH3)

1 2 3

2 2 m ⋅ v NH Logo, mHCl ⋅ v HCl = NH . 3

2

4

3

2

5

Para manter essa igualdade, se a massa de HCl é maior do que a massa de NH3, então a velocidade das moléculas de NH3 terá que ser maior do que a velocidade das moléculas de HCl. Essa teoria também explica por que é mais fácil sentirmos o cheiro das substâncias a temperaturas mais elevadas. A velocidade das moléculas de uma substância depende da energia cinética, que, por sua vez, é proporcional à temperatura. Portanto, quanto maior a temperatura, maior a velocidade das moléculas e mais facilmente será percebido o cheiro. O modelo apresentado foi capaz, até aqui, de explicar o comportamento de alguns gases sob determinadas condições. Veja a seguir como ele ficou. A validade de um modelo está na sua capacidade de explicar a maior quantidade possível de fenômenos. Por isso, os cientistas fizeram uma série de estudos sobre o comportamento dos gases e estabeleceram diversas leis. As leis obtidas permitiram a elaboração da teoria cinética dos gases, que, até hoje, tem sido muito bem-sucedida na explicação do seu comportamento. O modelo que desenvolvemos até aqui apresenta as ideias básicas dessa teoria. Veremos adiante as leis que deram suporte a ela.

6 7 8

Pense Será que esse comportamento dos gases estudados se repete em outros gases?

Modelo explicativo do comportamento dos gases

J. Yuji

1. Os gases são constituídos por partículas – no caso, moléculas – que se encontram muito afastadas umas das outras. 2. As moléculas dos gases estão em constante movimento. Por isso, eles podem se expandir. 3. A temperatura de um gás está relacionada com a energia cinética média de suas partículas. Quanto maior a temperatura, maior a energia cinética e a expansão dos gases. Quanto menor a temperatura, menor o movimento das moléculas e o volume ocupado pelo gás.

Elevando a temperatura de um gás, sua energia cinética e a velocidade de suas moléculas aumentam.

129


Exercícios

FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

1. De acordo com o modelo cinético, explique por que ocor- 13. (Fuvest-SP) Uma amostra de gás foi aquecida sob presre expansão e contração no volume de um gás. ESTUDO DOS GASES

2. Explique a relação entre as propriedades de compressibilidade e expansibilidade dos gases e o funcionamento de um motor de combustão.

3. De acordo com o modelo de partículas, por que os gases apresentam propriedades tão diferenciadas dos sólidos e líquidos?

4. Por que os materiais no estado sólido são mais densos do que no estado gasoso?

5. É propriedade de um gás ocupar todo o volume do recipiente que o contém. Como você explica esse fenômeno com base no modelo cinético?

6. Após o futebol de areia numa praia ensolarada, o jogador fica com um cheiro característico por causa do suor. Outra pessoa ao seu lado sente o cheiro. Explique esse fato por meio do fenômeno da difusão gasosa.

7. Qual o efeito que um aumento de temperatura provoca na velocidade das partículas de um gás?

8. Como será a velocidade das moléculas, numa mesma temperatura, de dois gases com diferentes massas moleculares?

9. Em que situação um assado de carne “cheira mais”: quando é retirado do forno ou quando é retirado da geladeira? Por quê?

10. Um gás A tem uma capacidade de difusão duas vezes maior do que a de um gás B, nas mesmas condições de pressão e temperatura. Sabendo que a massa molecular de A = 16 g mol–1, calcule a massa molecular de B.

11. (UFBA) Numa sala fechada, foram abertos ao mesmo tempo três frascos que continham, respectivamente, NH3(g), SO2(g) e H2S(g). Uma pessoa que estava na sala, a igual distância dos três frascos, sentirá o odor desses gases em que ordem? Valores de massas molares: NH3 = 17 g mol–1, SO2 = 64 g mol–1 e H2S = 34 g mol–1.

12. O comportamento dos gases, como a dispersão da fumaça, pode ser explicado se considerarmos que as partículas dos gases: a) têm movimento ordenado. b) apresentam baixa velocidade. c) possuem energia cinética média inversamente proporcional à temperatura. d) têm movimento livre. e) estão muito juntas umas das outras.

130

são constante. Nessa transformação ocorreu: a) diminuição do volume do gás e da energia cinética média das moléculas. b) aumento do volume do gás e da energia cinética média das moléculas. c) aumento do volume do gás e diminuição da energia cinética média das moléculas. d) diminuição do volume do gás e aumento da energia cinética média das moléculas. e) aumento do volume do gás, porém, a energia cinética média das moléculas manteve-se constante.

14. Os balões dirigíveis são inflados com uma mistura de gás hélio e outros gases. Essa mistura gasosa é menos densa do que o ar atmosférico, por isso esses balões flutuam. O operador controla a altitude do balão por meio da regulagem da temperatura interna. Explique, então, como o operador do balão faz para que ele suba ou desça.

15. Um estudante, interessado em analisar o comportamento dos gases, realizou os seguintes procedimentos: a) mergulhou um balão cheio de ar num béquer com água e gelo e observou a diminuição do volume do gás; b) aqueceu o béquer com água no qual estava submerso o balão cheio de ar e observou um aumento do volume. De acordo com a teoria cinética dos gases, explique os fenômenos observados.

16. (Univali-SC) Em campanha contra o tabagismo, os alunos de uma escola decidiram promover uma demonstração de impacto para evidenciar alguns malefícios do fumo. Constituíram um grupo de fumantes e outro de não fumantes e os desafiaram a tomar refrigerante, aspirando por um longo canudo de refresco, da maior altura possível, a partir dos andares mais altos da escola. O resultado foi conclusivo: os não fumantes conseguiram, em média, tomar o refrigerante de alturas bem maiores. Entretanto, a partir de determinada altura nenhum estudante conseguiu tomar o refrigerante através do longo canudinho. A razão desse insucesso deveu-se: a) à pressão atmosférica. b) ao valor da aceleração da gravidade. c) ao despreparo físico geral dos grupos. d) ao fato de o refrigerante não ser constituído apenas por água. e) à capilaridade do canudinho.


CAPÍTULO

4 LEIS DOS GASES

E

studos sobre o comportamento dos gases permitiram estabelecer leis sobre suas propriedades. A partir delas, foi desenvolvida a teoria cinética dos gases. Para entendermos os principais pressupostos dessa teoria, vamos estudar algumas das leis básicas que a fundamentam.

1 2 3 4

Transformações isotérmicas

5

São chamadas transformações isotérmicas as transformações que ocorrem em temperatura constante. O experimento sobre a compressibilidade dos gases (página 124) demonstra claramente: à medida que se aumenta a pressão, o volume do gás diminui. Isso não é um fato isolado, é uma regularidade comum, quando o experimento é conduzido a uma temperatura constante para uma mesma massa de gás. O físico e químico irlandês Robert Boyle [1627-1691] foi quem iniciou o estudo da relação entre o volume de um gás e sua pressão. Além de perceber que, quando se aumenta a pressão sobre um gás, observa-se um decréscimo no volume. O cientista também notou que o produto entre pressão e volume é aproximadamente constante. Todas as substâncias gasosas apresentam essa regularidade, que ficou conhecida como Lei de Boyle. <

P2

<

P3

T1

=

T2

=

T3

V1

>

V2

>

V3

m1

=

m2

=

m3

7 8

J. Yuji

P1

6

1

2

3

A temperatura constante, aumentando-se a pressão no êmbolo, diminui-se a distância entre as partículas.

A Lei de Boyle pode ser enunciada da seguinte forma: O volume de uma quantidade de gás, em temperatura constante, é inversamente proporcional à pressão a qual está submetido. A Lei de Boyle fica muito clara quando lembramos o experimento com os êmbolos: se eu aumento a pressão, o volume do gás diminui. Mas essa lei vale para uma ação oposta?

131


ESTUDO DOS GASES

Se eu diminuir o volume do gás, será que vai aumentar a pressão? Acompanhe o raciocínio: se as moléculas têm um movimento contínuo e desordenado, significa que elas se chocam entre si e contra as paredes do recipiente, exercendo pressão sobre elas. Ao diminuirmos o volume do gás, considerando que a velocidade se mantém (mesma energia cinética, mesma temperatura), as distâncias entre as paredes do recipiente diminuem e, consequentemente, os choques contra as paredes aumentam. Menor superfície das paredes e maior número de choques ocasionam um aumento da pressão do gás. Ponto para Boyle.

Historical Portraits in Dover Street, London. (Óleo sobre tela, 127 × 101,2 cm).

A Ciência na História R B

R

obert Boyle, irlandês da cidade de Munster, nasceu em 26 de janeiro de 1627. Ele foi o décimo quarto filho do duque de Cork. De família nobre, estudou latim, grego, inglês, hebraico e até siríaco, um antigo idioma falado pelos sírios. Aos 8 anos de idade, entrou para o maior e mais famoso colégio inglês da época, o Eton College, onde estudou por três anos. Ao terminar seus estudos no Eton, percorreu o continente europeu e, na Itália, conheceu o famoso Galileu, que teve uma forte influência em sua decisão profissional: dedicar-se à Ciência. Os estudos de Robert Boyle Após seu regresso à Inglaterra, entrou para Oxford, o principal centro contribuíram de forma significativa para o surgimento da Quícientífico do país na época. Foi lá que Boyle teve a oportunidade de conviver mica como Ciência. com um grupo de brilhantes sábios dedicados à Ciência experimental que dariam origem, segundo uma carta do rei, de 1660, à Sociedade Real. O cientista irlandês desenvolveu equipamentos para medir a pressão dos gases e fez diversos experimentos, a partir dos quais pôde propor a lei que ficaria conhecida como Lei de Boyle. O que se conhece sobre o trabalho de Boyle foi descoberto estudando-se as cartas que enviava a um sobrinho, às vezes, com mais de cem páginas. Nelas, ele relatou trabalhos de investigação da velocidade do som, propriedades das cores, estrutura dos cristais, eletricidade estática e o desenvolvimento de uma bomba de vácuo. Também estudou a hipótese da não combustão do enxofre no vácuo. Definiu elemento como substância “incapaz de sofrer decomposição” (hoje denominamos substância simples). E, como bom cientista que prevê avanços da Ciência, acrescentou: “por qualquer meio conhecido”. Era um atomista convicto e os seus trabalhos contribuíram para o nascimento da Química como ciência, tanto pelas suas teorias como pela introdução do método experimental, que ainda não era largamente usado. O marco do surgimento da Química foi estabelecido com a obra de Lavoisier [1743-1794], aproximadamente cem anos depois, mas isso só foi possível graças ao trabalho anterior de diversos pensadores, entre os quais Boyle. Morreu em 30 de dezembro de 1691, aos 64 anos, e sua contribuição para o desenvolvimento das Ciências pode ser percebida pelo tributo que lhe prestaram na época: “Robert Boyle fareja a verdade”. Um experimento com certo gás foi realizado em laboratório, variando a pressão e medindo-se os valores de volume correspondentes. Os dados experimentais estão apresentados na tabela a seguir.

132


100 000 Pa

8,0 L

140 000 Pa

5,71 L

180 000 Pa

4,44 L

220 000 Pa

3,63 L

CAPÍTULO

Com base nos dados da tabela, desenhe no caderno um gráfico da variação de volume em função da pressão.

VALORES DE PRESSÃO E VOLUME DE UMA AMOSTRA DE GÁS Pressão Volume

1

Pense

2

Analisando o gráfico construído, como você pode relacionar a pressão com o volume?

3 4

Estudando diversos gases, Robert Boyle comprovou que, matematicamente, a variação de volume em função da pressão pode ser expressa pela relação:

5 6

P1 ⋅ V1 = P2 ⋅ V2 = k

7

em que P1 e V1 são a pressão e o volume iniciais; P2 e V2 são a pressão e o volume finais; e k é um valor constante. Essa equação representa a Lei de Boyle, que pode ser expressa também da seguinte forma: Representação gráfica das transformações isotérmicas.

Pressão (Pa)

Volume (L) Biblioteca do Congresso, Washington

O gráfico que você fez no caderno deve ter a mesma forma que o gráfico representado aqui. Coincidência, não? Nada disso! Simples coerência com a Lei de Boyle. Como a temperatura é constante, essa curva é chamada isoterma (iso = "igual") e as mudanças de estado do gás nessas condições são denominadas transformações isotérmicas.

8

Transformações isobáricas Pense

São chamadas de transformações isobáricas as transformações que ocorrem em pressão constante. Você se lembra do experimento da expansibilidade? Volte à página 127 e relembre: o volume de um gás varia de acordo com a temperatura. Como já vimos, a energia cinética das partículas é diretamente proporcional à temperatura do gás. Portanto, quanto maior a temperatura, maior será a velocidade das moléculas de um gás e vice-versa. Aumentando a velocidade, se a pressão for constante, o volume ocupado tende a aumentar. Essa propriedade do gás foi estudada em 1787 pelo cientista francês Jacques Alexandre César Charles [1746-1823]. Seu trabalho seria o primeiro passo para o estabelecimento de uma lei física que se completaria com as pesquisas do químico e físico francês Joseph Louis Gay-Lussac [1778-1850].

Biblioteca do Congresso, Washington

Latas de aerossóis sempre vêm com a indicação de que não podem ser colocadas em incineradores (queimam o lixo a temperaturas próximas de 1 000 K). Por quê?

Os estudos de Jacques Alexandre César Charles e Joseph Louis Gay-Lussac permitiram uma melhor compreensão das propriedades dos gases.

133


Como homenagem ao trabalho desses cientistas, a lei que relaciona temperatura e volume de um gás ficou conhecida como Lei de Charles e Gay-Lussac. Ela pode ser definida da seguinte forma:

ESTUDO DOS GASES

A temperatura de uma quantidade de gás varia na mesma proporção que o volume, quando a pressão é mantida constante. Como as transformações gasosas desse tipo ocorrem sob pressão constante, elas são também chamadas transformações isobáricas isobáricas. Matematicamente, essa lei pode ser representada pela equação: V1 V = 2 =k T1 T2

Volume (L)

T1

<

T2

<

T3

V1

<

V2

<

V3

P1

=

P2

=

P3

m1

=

m2

=

m3

Temperatura (K)

Aumentando a temperatura do sistema, aumenta-se o seu volume, em pressão constante.

Transformações isocóricas Pense

São chamadas de transformações isocóricas as transformações que ocorrem em volume constante.

Você já deve ter observado que caminhoneiros ou motoristas de ônibus batem com um martelo de madeira ou borracha nos pneus de seus veículos. Por que será que eles fazem isso?

134

J. Yuji

J. Yuji

Representação gráfica das transformações isobáricas.

em que V1 e T1 são o volume e a temperatura iniciais; V2 e T2 são o volume e a temperatura finais; e k é um valor constante. O modelo cinético que estamos considerando para as partículas explica o que é previsto por essa lei: o aumento da temperatura de um gás em um recipiente de volume variável, mantendo-se constante a pressão, provoca um aumento da energia cinética. Consequentemente, elas passam a ocupar um maior volume. Mas é bom destacar: o aumento da temperatura não aumenta o volume das partículas, apenas a energia cinética delas. Com base nesses e em diversos outros estudos científicos realizados durante os séculos XVII e XVIII, definiu-se a temperatura de um gás como a medida da energia cinética média de suas moléculas. Ou seja, quanto maior a energia cinética de suas moléculas, maior será a temperatura. Tal lei pode ser representada de acordo com o gráfico a seguir:


CAPÍTULO

Como já vimos, as moléculas de um gás estão em constante movimento, colidindo contra as paredes do recipiente no qual estão contidas. Essas colisões dão origem à pressão. O controle desse processo é uma atividade rotineira para quem tem carro e quer garantir bom desempenho e segurança dos pneus: eles devem ser calibrados regularmente. Calibrar os pneus significa regular os níveis da pressão provocada pelos gases que os enchem. No automobilismo de competição, um pneu bem calibrado pode ser a diferença entre a vitória e a derrota. Assim, a volta de apresentação antes da largada da corrida não é só para mostrar os carros, mas para aquecer os pneus e melhorar o desempenho. O aquecimento faz com que as moléculas dos gases contidas nos pneus atinjam a temperatura que dará uma pressão ideal para toda a corrida. É bom lembrar que esse processo ocorre em volume constante, pois o volume do pneu praticamente não se altera. Isso nos leva a uma constatação: o aumento de temperatura, sem variação do volume, ocasiona um aumento de pressão. Isso acontece porque, ao se elevar a temperatura, aumenta-se a energia cinética das moléculas, o que implica um maior número de colisões contra as paredes do recipiente. Os estudos quantitativos sobre a relação entre pressão e temperatura para diversos gases, feitos por Charles e Gay-Lussac, levaram à mesma conclusão. Assim, foi estabelecida uma outra lei, conhecida como Segunda Lei de Charles e Gay-Lussac, que pode ser traduzida segundo o enunciado:

1 2 3 4 5 6 7 8

A pressão exercida por uma massa gasosa, sob volume constante, é diretamente proporcional à sua temperatura termodinâmica.

P1 P = 2 =k T1 T2

Pressão (atm)

J. Yuji

em que P1 e T1 representam a pressão e a temperatura iniciais; P2 e T2, a pressão e a temperatura finais; e k é um valor constante.

Em volume constante, aumentando-se a temperatura no sistema, maior é o movimento das moléculas e, em consequência, a pressão aumenta.

P1

<

P2

<

P3

V1

=

V2

=

V3

T1

>

T2

>

T3

m1

=

m2

=

m3

J. Yuji

As transformações que ocorrem de acordo com essa lei são denominadas isocóricas, isométricas ou isovolumétricas, pois se dão em volumes constantes. Com base nessa lei, podemos deduzir a expressão matemática:

Temperatura (K)

Representação gráfica das transformações isocóricas.

Podemos representar essa lei por meio de um gráfico de pressão em função da temperatura.

Pense Por que utilizamos a panela de pressão para cozinhar certos tipos de alimentos? Por que o tempo de cozimento nesse tipo de panela é diferente do das panelas normais?

135


A panela de pressão, diferente das demais, é um sistema fechado. O aquecimento eleva sua pressão interna porque aumenta a energia cinética das moléculas dos gases, que não têm por onde escapar. Numa panela comum, mesmo com aquecimento, a pressão será sempre igual à pressão ambiente.

Pense ESTUDO DOS GASES

O que pode acontecer se utilizarmos uma válvula de panela de pressão muito mais pesada do que a recomendada pelo fabricante?

Com o aumento da pressão interna na panela de pressão, a água utilizada no aquecimento vai entrar em ebulição a uma temperatura maior e, por isso, os alimentos serão cozidos mais rapidamente. O limite da pressão será definido pela válvula da panela. Quando a pressão ultrapassar um valor estipulado, a válvula será suspensa deixando escapar parte do gás e diminuindo a pressão.

5 LEI GERAL DOS GASES

C

om base nas três leis dos gases, podemos estabelecer uma lei geral que vai nos permitir a elaboração de modelos explicativos para o comportamento da matéria. Como toda lei, ela será uma generalização teórica e terá suas limitações. Consequentemente, os modelos desenvolvidos a partir dela, como todo modelo científico, também serão aproximações da realidade. Se combinarmos a Lei de Boyle com a Lei de Charles, constatamos que o volume é inversamente proporcional à pressão e diretamente proporcional à temperatura, ou seja: Vα

T P

em que α representa proporcionalidade. Matematicamente, quando temos uma proporção, ela pode ser representada por um valor constante (k). Assim, a relação anterior pode ser convertida em: P⋅V =k T

Hely Demutti

O que será que vai acontecer com o balão à medida que subir?

Então, se submetermos uma determinada quantidade de gás a qualquer variação, suas condições iniciais (índice 1) e finais (índice 2) serão dadas pelas equações: P1 ⋅ V1 = k1 T1

e

P2 ⋅ V2 = k2 T2

Como, para uma mesma quantidade de gás, as constantes k1 e k2 são iguais, podemos igualar as equações anteriores, obtendo: k1 = k 2 →

P1 ⋅ V1 P2 ⋅ V2 = T1 T2

Essas relações caracterizam o estado gasoso e demonstram que as três propriedades – pressão, volume e temperatura – variam umas em função das outras. Por tal motivo, são conhecidas como variáveis do estado gasoso. Então, para resumir: O estado de um gás é caracterizado por suas condições de temperatura, pressão e volume.

136


CAPÍTULO

A constante da relação anterior irá depender da quantidade de gás. Para uma certa quantidade, teremos: P ⋅V = k ∴P⋅V = k ⋅T T

1

A contribuição de Avogadro

P⋅V = n⋅R⋅T

3 Amedeo Avogadro, com sua hipótese de que volumes iguais de gases, sob as mesmas condições, contêm o mesmo número de constituintes, contribuiu para a previsão de propriedades dos gases.

Creative Commons

O químico e físico italiano Amedeo Avogadro [1776-1856] fez outra importante descoberta para o estudo dos gases: ele concluiu que volumes iguais de gases, sob as mesmas condições de temperatura e pressão, contêm o mesmo número de constituintes, ou seja, o mesmo número de moléculas. Com base em seus estudos, percebeu-se que a constante da equação anterior, k,, está relacionada com a quantidade de matéria, que pode ser representada por n. Substituindo k por n ⋅ R na equação anterior, chegamos à conhecida equação geral dos gases, em que R é denominada constante dos gases:

2

4 5 6 7 8

A letra n é o símbolo de quantidade de matéria, uma grandeza que nos permite saber quantas moléculas existem em certa massa de substância. A equação geral dos gases é fundamental na Química, pois nos possibilita fazer diversas previsões sobre o comportamento dos gases, por meio do conhecimento de algumas de suas propriedades. Essas previsões são válidas, levando-se em conta algumas condições. Por isso, essa equação também é conhecida como equação do gás ideal ideal. Assim, como a equação do gás ideal foi deduzida com base nas leis dos gases, diversas relações matemáticas foram desenvolvidas. Uma delas é a que estabelece a definição termodinâmica de temperatura e que, conforme já vimos, está relacionada com a energia cinética das moléculas. De acordo com tal relação, no ponto zero, as moléculas estariam em repouso, ou seja, sua energia cinética seria nula. Esse estado teórico em que as moléculas estão em pleno repouso é denominado zero absoluto, que ainda não foi obtido experimentalmente, embora já seja possível chegar muito próximo a ele. Será que esse modelo previsto por relações matemáticas é real ou apenas ideal?

Gases reais e ideais O estabelecimento da equação geral dos gases partiu de uma precondição básica: a de que as leis dos gases são válidas em todas as condições de temperatura, pressão e volume. Mas será que são mesmo? Não exatamente. Mais tarde, descobriu-se que a equação apresenta algumas restrições. Ela descreve muito bem o comportamento dos gases quando estes são submetidos a baixas pressões (pressões menores do que 100000 Pa) e a elevadas temperaturas (bem superiores à temperatura de condensação do gás). Nessas condições, as moléculas dos gases estão muito afastadas e praticamente não interagem entre si. Contudo, quando aumentamos a pressão ou diminuímos a temperatura a valores próximos à temperatura de condensação, as moléculas dos gases começam a interagir umas com as outras, causando desvios da equação geral. Esse fato não a invalida, mas revela limitações. Podemos dizer que a equação geral dos gases seria perfeitamente válida para um gás cujas moléculas não interagissem entre si. Na verdade, isso não acontece com nenhum gás. Além disso, de acordo com a equação, na temperatura de 0 K (zero absoluto), o volume de qualquer gás seria nulo, o que também não acontece no mundo físico. Desse modo, a equação é válida para um gás imaginário, ou seja, um gás ideal. Note que um gás ideal não existe, ele é apenas um modelo. Mesmo assim, muitos gases reais, quando submetidos a altas temperaturas e baixas pressões, comportam-se de acordo com as leis estabelecidas como se fossem gases ideais.

137


6 TEORIA CINÉTICA DOS GASES

J

ESTUDO DOS GASES

á não é segredo para ninguém: os gases consistem em um grande número de partículas que se movimentam livremente. É com base nessa característica que se explica, por exemplo, a propriedade de difusão, na qual os gases se espalham e se misturam com outros. O modelo que desenvolvemos para explicar o comportamento dos gases é chamado teoria cinética dos gases, pois ele se baseia no movimento das moléculas, ou seja, na sua energia cinética. Até aqui, aprendemos as seguintes ideias sobre essa teoria: os gases são formados por inúmeras moléculas extremamente pequenas, em comparação com as distâncias que as separam e com o tamanho do recipiente que as contém. Assim, o volume do gás é igual ao espaço ocupado pelas suas moléculas em movimento, o que corresponde ao grande espaço vazio existente entre elas. A massa do gás é igual à soma das massas de suas moléculas. A velocidade de deslocamento das moléculas depende da sua massa e, portanto, da sua composição. Vamos agora acrescentar mais uma ideia ao modelo.

Pense É possível pular atrás de um trio elétrico sem esbarrar em ninguém?

“Atrás do trio elétrico, só não vai quem já morreu…” Você conhece essa música? Pois quem vai atrás do trio elétrico tem que estar disposto a levar muitos encontrões, mesmo que faça todo o possível para se desviar das outras pessoas. Em nosso modelo de gases, apesar de as partículas estarem proporcionalmente mais afastadas do que as pessoas atrás do trio elétrico, a possibilidade de colisões é infinitamente maior: além de haver muito mais moléculas do que foliões, elas se movimentam muito mais rapidamente do que os foliões. O movimento é absolutamente caótico. As moléculas apresentam outra interessante particularidade, segundo a teoria cinética: ao contrário de você, que perde energia após cada esbarrão, os choques entre as moléculas ou com as paredes do recipiente se dão sem alterar a sua energia cinética.

A Ciência na História

Daniel Bernoulli matemático e físico suíço [1700-1782].

A

Rudolf Clausius físico alemão [1822-1888].

Science Photo Library/Latinstock

Science Photo Library/Latinstock

Science Photo Library/Latinstock

Johann Rudolf Huber/Smithsonian Institution Libraries, Washington

V  =  

James Clerk Maxwell matemático e físico escocês [1831-1879].

Ludwig Eduard Boltzmann físico austríaco [1844-1906].

o contrário de muitas teorias que foram propostas por um cientista, apesar de vários terem dado subsídios para sua elaboração, a teoria cinética dos gases é resultado dos estudos e propostas de vários cientistas. Outros cientistas também contribuíram para a elaboração da atual teoria cinética dos gases.

138


CAPÍTULO

Se não fosse assim, as moléculas perderiam energia a cada choque e, após certo tempo, estariam paradas. Isso significa que um balão, em pouco tempo, diminuiria de tamanho. Se assim fosse, as nossas festas de aniversário seriam sempre com balões murchos, e os carros modernos não poderiam ter o conforto da elasticidade proporcionada pelos pneus, pois seriam todos rígidos, como os das carruagens antigas. Mas será que todas as moléculas têm a mesma energia cinética? Assim como há foliões que pulam mais rápido do que outros, as moléculas no estado gasoso também se movimentam com diferentes velocidades. Elas não têm a mesma quantidade de energia. Como vimos, a relação matemática que define a temperatura termodinâmica do gás refere-se à energia cinética média de todas as moléculas. Outro pressuposto dessa teoria é considerar que as moléculas tenham volume desprezível. Lembre-se de que, de acordo com a equação dos gases ideais, à temperatura de 0 K o volume dos gases seria nulo. Como vimos, todas essas proposições sobre o movimento das partículas microscópicas explicam muito bem o comportamento macroscópico dos gases. Assim, temos evidências para aceitá-las. Um dos seus princípios básicos é considerar que os gases são formados por partículas. Dessa forma, a teoria cinética dos gases configura-se também como uma evidência da teoria atômica de Dalton, segundo a qual a matéria é constituída por partículas. O estudo que desenvolvemos neste capítulo ilustrou como, por meio de medidas precisas, podemos elaborar leis expressas por relações matemáticas e, com base nessas, elaborar teorias. A maioria das teorias e dos modelos estudados em Química foi desenvolvida dessa maneira. Outro ponto importante demonstrado pela equação dos gases ideais é que as teorias têm suas limitações. E, apesar delas, podem contribuir para a maior compreensão do complexo mundo microscópico e o desenvolvimento de uma infinidade de produtos. Assim como temos elaborado leis “ideais”, também buscamos modelos “ideais” para a nossa sociedade: um desenvolvimento compatível com a meta da sustentabilidade ambiental.

1 2 3 4 5 6 7 8

Do que foi visto, podemos sintetizar a teoria cinética dos gases nos seguintes enunciados: 1. Os gases são formados por moléculas extremamente pequenas e com volume desprezível em comparação com as

J. Yuji

2. 3. 4. 5. 6. 7.

distâncias que as separam e ao tamanho do recipiente que as contém. As moléculas gasosas movimentam-se livremente ao acaso, em todas as direções e sentidos. A velocidade das moléculas depende de sua massa e, portanto, da natureza do gás. As moléculas, como todo corpo em movimento, têm energia cinética. A energia cinética está relacionada com a temperatura e com a natureza do gás. Da colisão contínua das moléculas contra as paredes do recipiente que as contém resulta a pressão do gás. A energia cinética das moléculas conserva-se durante os choques destas com as paredes do recipiente ou com outras moléculas.

De acordo com a teoria cinética dos gases, as moléculas gasosas encontram-se em movimento caótico com diferentes velocidades, chocando-se entre si e com as paredes do recipiente. A força exercida com o choque das moléculas nas paredes por sua unidade de área corresponde à pressão do gás.

139


Exercícios

ESTUDO DOS GASES

1. Quais são as variáveis do estado gasoso? 2. Nas transformações isocóricas sofridas por uma determinada

3.

4.

5.

6. 7.

8. 9.

140

amostra de um gás, a pressão é diretamente proporcional: a) ao volume, em qualquer unidade. b) à temperatura, em qualquer unidade. c) ao volume e à temperatura em qualquer unidade. d) à temperatura, na escala Kelvin. e) à temperatura, na escala Celsius. O gás oxigênio é comercializado em cilindros de 50 dm3 que apresentam, em temperatura ambiente, uma pressão de 200 atm. Que volume de oxigênio contido no cilindro ocuparia, à mesma temperatura, a pressão de 1 atm? Em hospitais, o gás oxigênio é armazenado em cilindros com volume de 60 L, a uma pressão de 150 atm. Considerando a temperatura constante, responda às questões: a) Qual volume ocuparia o oxigênio contido em um cilindro, a uma pressão de 760 mmHg? b) Se o oxigênio for administrado a um paciente à velocidade de 8,0 L por minuto, num recinto onde a pressão é de 1 atm, quanto tempo será necessário para esvaziar o cilindro? O gás hélio (He) é comercializado em cilindros com volume de 25 L, a uma pressão de 30,0 atm. Sabendo-se que cada balão de festa de aniversário cheio contém 2,5 L de gás, a uma pressão de 1,04 atm, quantos balões poderiam ser cheios com um cilindro? Explique por que um gás, a uma pressão constante, apresenta o volume proporcional à temperatura. O volume V de um gás ideal é diretamente proporcional a sua temperatura absoluta, medida em Kelvin, representado por K. Se V = 1500 cm3 quando T = 300 K, qual será a temperatura quando o volume for 2500 cm3? Qual será o volume quando a temperatura for 200 K? Esboce um gráfico que represente a relação entre V e T. Calcule a pressão que atinge um pneu que foi calibrado com 30 libras a 0 °C e é aquecido a 60 °C (não se esqueça de converter a temperatura em Kelvin). (Unicamp-SP) Uma garrafa de 1,5 L, indeformável e seca, foi fechada com uma tampa plástica. A pressão ambiente era de 1,0 atmosfera e a temperatura de 27 °C. Em seguida, essa garrafa foi colocada ao sol e, após certo tempo, a temperatura em seu interior subiu para 57 °C e a tampa foi arremessada pelo efeito da pressão interna. a) Qual era a pressão no interior da garrafa no instante imediatamente anterior à expulsão da tampa plástica?

FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

b) Qual é a pressão no interior da garrafa após a saída da tampa? Justifique.

10. Ao sair para um passeio com a sua família, um motorista mediu a pressão do pneu e verificou que a pressão total no interior deste era de 1,15 atm quando o termômetro marcava 30 °C. Após algumas horas rodando com esse pneu, ele verificou a pressão novamente e obteve o valor de 1,26 atm. Considerando o volume do pneu desprezível, qual será a nova temperatura, em Kelvin?

11. A equação geral dos gases relaciona variáveis como pressão, temperatura e volume. Uma quantidade de gás ideal ocupa um balão de 60 L a uma temperatura de 37 °C e pressão de 100 000 Pa. Qual será o volume desse gás se submetido à temperatura de 5 °C e pressão de 200 000 Pa?

12. A teoria cinética dos gases dá uma ideia de sua estrutura interna (como são organizados), propondo um modelo para explicar os fenômenos e as leis. Em linhas gerais, o que diz essa teoria?

13. Existe gás ideal? Explique sua resposta. 14. Qual a relação existente entre a energia cinética dos átomos ou moléculas de um gás e a sua temperatura? Exemplifique.

15. Qual é a diferença de dispersão dos poluentes gasosos em dias frios em relação a dias quentes?

16. O que têm em comum o modelo atômico de Dalton e a teoria cinética dos gases?

17. (UnB-PAS-DF) Com relação ao modelo cinético dos gases, julgue os itens que se seguem, marcando C para os corretos e E para os errados. 1) Segundo esse modelo, as moléculas de um gás estão em constante movimento, retilíneo desordenado, colidindo de modo perfeitamente elástico entre si com as paredes do recipiente no qual se encontram. 2) Se colocarmos um balão cheio de ar na geladeira, então, ao retirá-lo cerca de duas horas depois, observaremos um aumento do diâmetro do balão. 3) O número de colisões entre as moléculas do gás nitrogênio colocado nos pneus de um carro de Fórmula 1 diminui no decorrer da corrida. 4) Considerando que a pressão atmosférica na superfície de um lago é aproximadamente duas vezes menor do que a pressão no fundo, uma bolha de ar que se forma no fundo desse lago, ao atingir a superfície, terá seu volume diminuído em aproximadamente duas vezes.


CAPÍTULO

Medidas, fenômenos e modelos

1

b A Química, como Ciência, utiliza-se de grandezas: qualquer quantidade física que pode ser medida.

2

b O Sistema Internacional de Unidades – SI – utiliza sete grandezas de base, com suas respectivas unidades de medida: comprimento (metro); massa (quilograma); tempo (segundos); corrente elétrica (ampère); temperatura termodinâmica (Kelvin); quantidade de matéria (mol); e intensidade luminosa (candela). b Os gases são caracterizados por três grandezas: volume, pressão e temperatura. b A pressão de um gás é uma grandeza física que expressa a força exercida pelas moléculas por unidade de área do recipiente que o contém. Sua unidade de medida padrão é o pascal (Pa).

3 4 5 6 7 8

b O volume é uma grandeza que fornece o espaço ocupado por um determinado corpo. Sua unidade de medida padrão é o metro cúbico (m3). b A temperatura é definida, de forma simplificada, como a quantidade de calor de um material, substância ou corpo. Sua unidade de medida padrão é o Kelvin (K).

Propriedades dos gases b Segundo a Teoria Cinética dos Gases, as moléculas estão em movimento constante e desordenado, ocupando todo o volume do recipiente. Quanto maior a temperatura do sistema, maior é a energia cinética das moléculas.

Leis dos gases b Lei de Boyle (transformação isotérmica): em temperatura constante o volume de um gás varia de forma inversa à variação da pressão (P1· V1 = P2· V2). b 1a- Lei de Charles e Gay-Lussac (transformações isobáricas): em pressão constante, o volume varia na mesma proporção que a temperatura (V1/T1 = V2/T2). b 2a- Lei de Charles e Gay-Lussac (transformações isocóricas): em volume constante, a pressão varia proporcionalmente à temperatura termodinâmica (P1/T1 = P2/T2). b A partir dessas leis é possível estabelecer uma lei geral para os gases (P1· V1/T1 = P2· V2/T2). b De acordo com a hipótese de Avogadro, sob as mesmas condições de pressão e temperatura, volumes iguais de gases contêm a mesma quantidade de matéria (n). Aplicando essa hipótese à lei geral dos gases, obtém-se a equação dos gases ideais (P·V = n·R·T).

141


Capítulo 5

MODELOS ATÔMICOS Como os átomos têm sido idealizados pela Ciência? Ozônio, radiação solar e a busca de soluções para a poluição atmosférica

Tema em foco

Schenectady Museum; credito Hall of Electrical History Foundation/Corbis/Latinstock

CAMADA DE OZÔNIO E RADIAÇÃO SOLAR

142

O ozônio (O3) é formado na atmosfera a partir do oxigênio (O2), por meio de uma sequência de reações químicas. Esse gás concentra-se na estratosfera, situada entre 20 e 50 quilômetros de altitude, numa região que é denominada camada de ozônio, de fundamental importância por absorver radiação ultravioleta (UV) do Sol, impedindo que a maior parte dela atinja a superfície da Terra. A radiação ultravioleta tem a propriedade de bronzear nossa pele, mas também pode danificar o DNA (ácido desoxirribonucleico), que é responsável pela herança genética dos seres vivos. A presença de ozônio na estratosfera funciona como uma capa protetora: ele reduz a radiação UV que chega até a superfície terrestre. Na década de 1970, surgiram muitas dúvidas sobre as causas da destruição do ozônio na estratosfera. Erupções vulcânicas, emissão de gases por aeronaves supersônicas e até certos materiais industriais estiveram entre os suspeitos. Para a surpresa de todos, descobriu-se posteriormente que os grandes responsáveis são os clorofluorcarbonetos, ou CFCs, substâncias que contêm em sua estrutura átomos de carbono, flúor e cloro e que eram consideradas inertes. Em 1930, o químico norte-americano Thomas Midgley Jr. [18891944] demonstrou que o diclorodifluormetano (CCl2F2), era um gás inerte (não reativo) e não tóxico, possuindo propriedades refrigerantes, de ação resfriatória. Esse gás permitiria a substituição da amônia usada na época como refrigerante, a qual é tóxica e tem um odor muito forte. Depois da Segunda Guerra Mundial, a produção dos CFCs aumentou numa escala significativa, diversas substâncias de composição similar foram produzidas e utilizadas pela indústria como propelente de aerossóis – vapor pressurizado com um líquido para favorecer a saída de um ambiente sob pressão – e gás refrigerante de geladeira, como agentes para expandir plásticos e solventes para limpar circuitos eletrônicos. A produção chegou a atingir 750 mil toneladas em 1970. Os bens de consumo produzidos Foi em 1974 que os químicos Mário J. Molina [mexicano, 1943-] e F. Sherwood em nome do conforto da socieRowland [norte-americano, 1927-] comentaram pela primeira vez que o ozônio dade podem, ironicamente, significar poderia ser destruído pelos gases conhecidos como freons e que esse problema não um grande desconforto no futuro. poderia ser revertido a curto prazo. A afirmação de Molina e Rowland surpreendeu Esse fabricante de geladeiras certaa comunidade científica, porque os CFCs são substâncias estáveis e de baixa mente não imaginaria isso em 1958. toxicidade. Mas estudos posteriores comprovaram a tese defendida por eles.


Pense Como é possível reduzir a emissão de CFC em nosso meio?

O CFC tem um longo período de permanência na atmosfera; em virtude dessa característica, acredita-se que a atmosfera terrestre somente terá de volta sua proteção contra os raios ultravioleta na década de 2070, o que corresponde a aproximadamente cem anos depois que o problema foi gerado. No Brasil, essa substituição é muito lenta. Ainda poderá levar mais de trinta anos para que empresas e indústrias realizem toda a troca de equipamentos necessária. Mas, enquanto isso, a população também pode e deve ajudar a resolver o problema. Uma forma é evitando o uso de produtos do tipo spray, que utilizam CFCs como gás propelente. Assim, os fabricantes serão obrigados a promover a substituição dessas substâncias nocivas à camada de ozônio.

CAPÍTULO 1 2 3 Science Photo Library/Latinstock

Preocupados com a agressão à camada de ozônio, representantes dos maiores produtores de CFCs do mundo reuniram-se em Montreal, Canadá, em 1987, e assinaram o Protocolo de Montreal, cuja finalidade era a substituição gradativa das substâncias nocivas à camada de ozônio por outras inofensivas. Em 1990, as Nações Unidas adotaram o Protocolo para as substâncias que reduzem a camada de ozônio. Em 1998, houve algumas alterações nesse mesmo documento, para que fossem aceleradas as ações que reduzissem as emissões de gases. O grande objetivo era terminar completamente a produção de CFC e de outras substâncias que estariam causando destruição da camada de ozônio até o ano de 2010. Uma das substâncias que foram desenvolvidas para substituir os CFCs são os hidroclorofluorcarbonetos (HCFCs) e hidrofluorcarbonetos (HFCs). A vantagem dessas substâncias é que, por serem menos estáveis, são degradadas antes de alcançar a estratosfera. O problema é que elas contribuem para o aumento do aquecimento global de maneira mais intensiva do que o dióxido de carbono (CO2). Outros substitutos para os CFCs estão sendo pesquisados, mas não é uma substituição simples: colocá-la em prática requer um pesado investimento das indústrias, que precisam trocar máquinas e equipamentos por outros que não utilizem tais gases.

4 5 6 7 8

Por causa da destruição da camada de ozônio, os gases das modernas geladeiras não contêm CFCs. Será que esses gases não vão nos trazer novos problemas?

A química da destruição da camada de ozônio Para entendermos como a camada de ozônio tem sido destruída, vamos estudar um pouco da sua química. O ozônio é formado na atmosfera a partir de reações de decomposição de moléculas de oxigênio (O2) provocadas pela radiação ultravioleta (UV) proveniente do Sol, descritas pelas seguintes equações: 1)

O2(g) gás oxigênio

*(

UV

2O(g) átomos de oxigênio livre

2)

O(g) átomo de oxigênio livre

+

O2(g) gás oxigênio

UV

*(

O3(g) ozônio

143


Paulo Cesar Pereira

MODELOS ATÔMICOS

Esquema representativo da destruição da camada de ozônio na atmosfera

Termosfera Mesopausa

80 km

Mesosfera Estratopausa

50 km

Estratosfera

Absorção da radiação UV por moléculas de ozônio

Camada de ozônio

A radiação libera um átomo de cloro do CFC que ataca e destrói até 100 mil moléculas de ozônio

Tropopausa

Destruição da camada de ozônio

10 km

Troposfera

Note que, em uma primeira etapa, são formados átomos de oxigênio livres que, depois, reagem com moléculas de oxigênio sob a ação da radiação ultravioleta (UV), formando o ozônio. A radiação UV do Sol também quebra moléculas de ozônio, formando novamente moléculas de oxigênio e átomos de oxigênio livres: O3(g) ozônio

UV

*(

O(g) átomo de oxigênio livre

+

O2(g) gás oxigênio

Dessa forma, consideramos a segunda reação reversível e ela pode ser representada pela equação abaixo, em que as F indicam a reversibilidade da reação: O3(g) F O2(g) + O(g) Assim, na atmosfera reações de formação e de decomposição do ozônio ocorrem simultaneamente e a concentração desse gás na atmosfera depende da diferença entre a taxa de rapidez de sua formação e de sua decomposição. Observe que, na última equação apresentada, há formação de átomos livres de oxigênio (O). Esses átomos podem se combinar

144


J. Yuji

O2(g)

O(g)

UV

UV

1 2

O(g)

3

O3(g)

O(g)

4

UV

CH3Cl(g) *( CH3(g) + Cl(g) As moléculas de diversos outros CFCs também sofrem esse mesmo tipo de decomposição na estratosfera, liberando átomos de cloro. Os átomos de cloro reagem com o ozônio, de acordo com a equação:

CAPÍTULO

com outras moléculas de oxigênio (O2) e produzir novas moléculas de ozônio. O diagrama ao lado representa o ciclo de formação e decomposição do ozônio. Observe também que em todas as reações há absorção de radiação ultravioleta, o que transforma esse ciclo num grande filtro dessa radiação. O processo de degradação do ozônio pelo ataque de moléculas de CFCs inicia-se com a decomposição dessas moléculas na estratosfera pela ação da radiação solar, conforme o exemplo a seguir, para a molécula de clorometano (CH3Cl), um típico CFC.

5

UV

6 O2(g)

7 8

UV

NASA

Cl(g) + O3(g) *( ClO(g) + O2(g) O interessante desse processo é que o ClO formado pode reagir com átomos livres de oxigênio, presentes na atmosfera, formando outros átomos livres de cloro que poderão atacar outras moléculas de ozônio, ou seja, os átomos de cloro têm um efeito devastador: um mesmo átomo pode destruir continuamente diversas moléculas de ozônio. UV

ClO(g) + O(g) *( Cl(g) + O2(g)

21/9/1988

10/9/2000

Outra descoberta dos químicos é que a reação de decomposição do ozônio pode ocorrer tanto pela reação de átomos livres de oxigênio como por átomos de cloro. As equações abaixo representam essas reações: O(g) + O3(g) *( O2(g) + O2(g) Cl(g) + O3(g) *( ClO(g) + O2(g) O curioso é que, na estratosfera, a concentração de áto29/9/2002 21/8/2012 mos de oxigênio é muito maior do que a concentração de átomos de cloro. Nesse sentido, era de esperar que os átoNo ano 2000, o “buraco na camada de ozônio” (mancha mos de cloro não destruíssem tanto as moléculas de ozônio, azul-escuro) atingiu uma área de 28,6 milhões de km2 deixando quanto elas já são normalmente destruídas pelos átomos de os cientistas preocupados. Em setembro de 2002, ela havia oxigênio. Todavia, estudos desenvolvidos em laboratório, sob diminuído. No entanto, voltou a aumentar novamente. E o as mesmas condições de temperatura e pressão da estratosfuturo, o que nos reserva? fera, demonstraram que a reação entre os átomos de cloro e as moléculas de ozônio é mais de 1 500 vezes mais rápida do que a reação dos átomos de oxigênio com ozônio. Esse fato, acrescido de que os átomos de cloro apresentam um efeito catalítico, ou seja, interfere na rapidez da reação, mas não participa dela, sendo continuamente liberados para atacar o ozônio, levou os químicos a preverem que um simples átomo de cloro pode destruir aproximadamente cem mil moléculas de ozônio.

UV: a radiação que vem do Sol O Sol emite vários tipos de radiação sob a forma de ondas eletromagnéticas. Cuidado com elas! Das que chegam ao nosso planeta, muitas são prejudiciais aos seres vivos. Felizmente, muitas dessas radiações nocivas são absorvidas por camadas superiores da atmosfera, como a camada de ozônio.

145


Hely Demutti

Ricardo Azoury/Pulsar Imagens

MODELOS ATÔMICOS

As radiações mais energéticas que chegam à superfície da Terra são as ultravioletas, responsáveis pelo bronzeamento da nossa pele. Elas podem ser divididas em três tipos, de acordo com suas propriedades físicas e seus efeitos biológicos: UVC, UVB, UVA. Os raios UVC são extremamente nocivos aos tecidos vivos, podendo matar organismos unicelulares e danificar a córnea, mas são quase totalmente filtrados pela camada de ozônio. Os raios UVB, que só atingem a superfície terrestre em quantidades muito pequenas, são os responsáveis pela vermelhidão da pele depois de uma exposição ao sol e podem causar diferentes tipos de câncer de pele. Os raios UVA são os menos energéticos e também menos problemáticos à saúde, tanto que são utilizados em iluminações de pistas de dança na forma de “luz negra”. Estudos comprovam que o UVB é o principal responsável pelos efeitos de queimaduras da pele, mas o UVA também contribui. A vermelhidão, verificada após a exposiCom o agravamento da destruição solar prolongada, está associada com uma reação inflamatória, resultado da ação ção da camada de ozônio, em direta de fótons ultravioleta sobre os pequenos vasos sanguíneos ou da liberação de breve todas as pessoas terão substâncias tóxicas de células epidérmicas danificadas. As toxinas espalham-se pela que intensificar os cuidados derme, danificando os capilares e causando calor, inchaço e dor. com a proteção da pele. A pele possui diversos mecanismos de defesa. O bronzeamento é um deles, mas não dá uma proteção absoluta. Na realidade, esse é um efeito retardado: acontece depois da exposição ao sol, com a finalidade de tornar a epiderme (camada mais externa da pele) mais espessa. Num momento posterior, ocorre a descamação. Ao longo dos anos, exposições prolongadas à radiação UV podem danificar a pele. Vários estudos indicaram que uma única queimadura por raios solares é suficiente para acarretar mudanças no sistema imunológico do tecido da pele. Assim, doenças como o câncer de pele e o envelhecimento precoce têm maiores chances de acontecer. Porém podemos evitar esses efeitos nocivos protegendo-nos das radiações solares. Nesse caso, é importante levar em conta as seguintes informações: • Ficar debaixo do guarda-sol quando estamos na praia também nos expõe aos raios solares, pois a areia da praia reflete 50% dos raios UV que nela incidem. • Os raios UV atravessam a água até uma profundidade de quase um metro e uma camiseta molhada permite que 20% a 30% dos raios UV atinjam a pele. • A neve (só como curiosidade para nós, brasileiros) reflete 83% da luz incidente e é capaz de promover um bronzeado equivalente ao que obtemos na praia.

Eles devem pensar que estão totalmente protegidos dos raios UV, mas metade da radiacão é refletida pela areia de praia e atinge a pele.

146


1 2 3 4

Pense

5

Afinal, como agem os protetores solares em nossa pele?

Hely Demutti

CAPÍTULO

O ideal mesmo é diminuir o tempo de exposição e evitar tomar sol apenas entre 10 h e 16 h, além de considerar os protetores solares como item obrigatório no seu dia a dia. O protetor ou filtro solar é um produto químico que ajuda a bloquear a radiação UV proveniente do Sol. Ele é uma mistura de várias substâncias, entre as quais, obviamente, os agentes de proteção solar. Hoje, os mais conhecidos são componentes orgânicos e sintéticos que apresentam a propriedade de selecionar e bloquear os tipos de radiações UV prejudiciais à pele. Existe, ainda, uma variada gama de opções conforme o tempo de exposição ao sol, a região do corpo em que o produto será utilizado ou o tipo de pele. Na composição do protetor, os químicos também adicionam substâncias capazes de fixá-lo à pele, mesmo que molhada.

6

Na hora de comprar protetor solar, verifique sempre o seu fator de proteção solar – FPS – que é indicado por um número. Esse fator está relacionado ao tempo mínimo que uma pessoa pode ficar exposta ao sol sem apresentar vermelhidão no dia seguinte. Tecnicamente, esse fator representa quantas vezes mais pode-se ficar exposto ao sol com a pele protegida até que ela fique vermelha como se não estivesse protegida. Por exemplo, um protetor solar com FPS8 permite que a pele leve oito vezes mais tempo para se queimar quando tratada por ele. É claro que se deve levar em consideração o tipo de pele. Dependendo da quantidade de melanina, substância que dá cor e proteção natural à pele, cada um suporta um tempo diferente de exposição solar. Na dúvida, a pessoa mais indicada para orientar o produto que melhor se adapta ao seu tipo de pele é o dermatologista.

7 8

O uso do protetor solar desde o início do dia, cedo, é um hábito saudável para todos!

Debata e entenda

FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

1. Com suas palavras, explique a importância da camada de ozônio para os seres vivos. 2. Escreva um texto expressando o que você sabe sobre a preservação da camada de ozônio. Escreva tentando responder às seguintes questões: A quem compete a solução do problema? Como podemos contribuir para preservar a camada de ozônio? Quais as atitudes sustentáveis que podemos tomar para ajudar? 3. Debata as dificuldades para o cumprimento de tratados internacionais como o de Montreal. 4. Explique como pode existir ozônio na atmosfera, se ele se decompõe em gás oxigênio. 5. Na época em que os CFCs foram descobertos, não era possível imaginar que essas substâncias pouco tóxicas poderiam provocar problemas ambientais. As novas substâncias que estão sendo desenvolvidas para substituir os CFCs também poderão gerar problemas no futuro. Debata a opção que devemos adotar: substituir ou não os CFCs? 6. Explique quimicamente como ocorre a destruição da camada de ozônio. 7. Comente se a afirmação a seguir está correta ou incorreta e justifique: “O bronzeamento de nossa pele ocorre somente por causa de produtos específicos encontrados no mercado, denominados bronzeadores”. 8. O que é a vermelhidão causada pela exposição prolongada ao sol? Você sabe qual é o FPS mais indicado para seu tipo de pele?

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1 MODELOS E TEORIAS

D MODELOS ATÔMICOS

esde os primórdios da humanidade há uma busca para se entender o Universo. Questões a respeito da existência humana, por um lado, deram origem à Filosofia e ainda são analisadas pelos filósofos. Por outro lado, questões acerca da origem, do funcionamento e da organização do Universo passaram a ser objeto de estudo da Ciência. Na tentativa de explicar o mundo que nos rodeia, os cientistas elaboraram modelos. O uso desses permite compreender processos químicos envolvidos na destruição da camada de ozônio, entre outros processos de poluição atmosférica. Antes de estudar os modelos usados na Química, vamos entender o que vem a ser um modelo científico. Para isso, comecemos realizando uma atividade.

Atividades Essa atividade deve ser feita em grupo na própria sala de aula. Cada equipe deverá montar um kit com uma caixa de papelão, pequena ou média (pode ser uma caixa de sapato), e três objetos diferentes que só devem ser conhecidos pelos componentes do grupo. Esses objetos podem ser uma esfera, um dado, uma borracha ou outro qualquer. A caixa deverá estar bem lacrada e, se possível, embrulhada com outro papel. A atividade consiste em analisar as caixas dos outros grupos e tentar descobrir o que há dentro delas sem, é claro, abri-las.

Pense Como é possível descobrir o conteúdo da caixa?

Para isso, vamos procurar descrever possíveis propriedades dos objetos contidos nas caixas, como: dureza, textura da superfície, tipos de material, propriedades magnéticas, densidades, formas, tamanhos etc.

1. Construa no caderno um quadro como o apresentado abaixo e complete-o. PROPRIEDADES DOS OBJETOS CONTIDOS NAS CAIXAS Número da caixa

Objeto

Características que possibilitam identificar propriedades do objeto

Propriedades do objeto

Caixa 1

1

Objeto pesado que rola

Objeto sólido, liso, esférico...

zzzzz zzzzz

2

Caixa 2

1

zzzzzzzzzzzzzzzzzzz zzzzzzzzzzzzzzzzzzz zzzzzzzzzzzzzzzzzzz

3

zzzzzzzz zzzzzzzz zzzzzzzz

2. Com base nas propriedades observadas, faça um desenho (modelo representativo) que melhor represente os objetos que você identificou em cada caixa.

3. Depois de elaborado um modelo para os objetos de uma caixa, troque de caixa com outro grupo e proceda à nova análise, até que sejam analisadas todas elas.

4. Depois de observadas todas as caixas, debatam as conclusões de cada grupo a respeito dos objetos e vejam o que há em comum, confrontando os modelos propostos para os objetos de cada caixa, discutindo os critérios que levaram à sua elaboração, e proponham, quando possível, um modelo comum.

5. Solicitem ao(à) professor(a) que abra as caixas e confiram o que tem em cada uma. 6. Os modelos elaborados correspondem às características reais dos objetos? Por quê? 148


CAPÍTULO Hely Demutti

Como foi possível observar, os modelos não correspondem à forma real dos objetos. Eles se aproximam dela à medida que são aperfeiçoados. Mas como reconhecemos se um modelo está próximo da realidade? No caso desse experimento, é possível abrir a caixa e comparar o que há dentro com o modelo proposto. Em muitos casos com os quais as Ciências trabalham, o objeto de estudo está em “caixas” que não podem ser abertas. O estudo da constituição da matéria para a Ciência é como a atividade que acabamos de realizar, ou seja, os cientistas observam, estudam, levantam hipóteses para explicar, imaginam e realizam experimentos. Depois, analisam dados e verificam se as suas hipóteses são plausíveis e estão de acordo com o esperado. Se estiverem, então eles passam a ter evidências de que aquela hipótese inicialmente levantada pode estar correta. Sendo aceita pela comunidade científica, essa hipótese se transforma em uma nova teoria científica. Algumas vezes, há mais de uma teoria que consegue explicar o objeto de estudo e que foi testada experimentalmente ou aceita por evidências teóricas. As teorias são, na verdade, modelos explicativos, como os elaborados para os objetos dentro das caixas. Sendo teorias ou modelos, eles vão corresponder, em maior ou menor grau, à realidade. Algumas teorias não podem ser testadas experimentalmente, mas muitas vezes são aceitas pela sua consistência teórica. Em 1915, época em que Albert Einstein começou a estudar as galáxias (sistemas cósmicos que contêm bilhões de astros), apenas a Via Láctea era conhecida. Mesmo assim, ele trabalhou com equações que indicavam a existência de outras galáxias que só puderam ser comprovadas dez anos mais tarde. É nesse imaginário mundo das teorias elaboradas pelos cientistas que vamos penetrar neste capítulo, buscando compreender diferentes modelos que foram propostos ao longo de nossa História, para explicar o mundo invisível da matéria.

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Gustoimages/Science Photo Library/Latinstock

A análise de espectros das substâncias pelos químicos permite a elaboração de modelos explicativos sobre a sua composição.

Você não conseguiria saber o sexo do bebê, antes do nascimento, sem a ecografia.

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2 MODELO ATÔMICO DE DALTON

William Henry Worthington

MODELOS ATÔMICOS

N

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Para Dalton, os átomos seriam partículas indivisíveis e indestrutíveis. Normalmente, utilizamos cores diferentes para representar átomos de elementos diferentes.

o início do século XX, os estudos sobre a constituição da matéria revolucionaram a forma de compreender o Universo. Surpresos, os cientistas desvendavam um novo mundo – ao mesmo tempo vasto e microscópico –, responsável pela constituição de toda a realidade visível que julgava-se conhecer tão bem. Que regras comandariam esse Universo oculto? Como descobri-las? Na busca por hipóteses que explicassem o mundo das pequenas partículas constituintes da matéria, a Ciência deu passos gigantescos e demonstrou que, mesmo sem a observação direta, podemos propor novos modelos e teorias para o Universo. Para isso, é necessário utilizar ferramentas teóricas como a Matemática e muita imaginação e criatividade. Esses modelos possibilitaram a construção de novos equipamentos que facilitaram e tornaram mais rápido o trabalho humano. Foi assim que ocorreu a revolução tecnológica e social nos primeiros anos do século XX, no ainda restrito círculo das nações industrializadas: partindo da iluminação elétrica, passando pelo automóvel, pela imprensa e pelo cinema, chegamos ao fim do século com o uso generalizado dos computadores pessoais. Toda essa revolução possibilitou mudanças das relações entre as pessoas, aumentando a qualidade de vida, mas, também, provocando graves problemas ambientais, como os efeitos da poluição atmosférica. A crença nos modelos científicos se consolidou por meio de dados experimentais, como os obtidos no capítulo anterior sobre o comportamento dos gases e fatores que afetam o tempo de ocorrência de reações químicas. Tudo levava-nos a aceitar a ideia de que a matéria é formada por partículas, denominadas átomos. Essa ideia de átomo foi pensada inicialmente pelos filósofos Demócrito e Leucipo que, cerca de quatrocentos anos a.C., já propunham que a matéria era constituída de partículas indivisíveis. Apesar, todavia, de várias evidências de estudos de diversos cientistas, até a primeira metade do século XIX, a teoria atômica para a constituição da matéria ainda não era bem aceita pela comunidade científica. Um passo fundamental para essa aceitação foi dado, em 1808, pelo cientista inglês John Dalton, quando publicou um livro apresentando sua teoria sobre a constituição da matéria, tendo como base o átomo. Dalton desenvolveu sua teoria inspirando-se nas ideias atomistas do físico inglês Isaac Newton [1642-1727], tomando como referência os estudos meteorológicos e pesquisas sobre a solubilidade dos gases em água que Dalton vinha desenvolvendo. Contribuíram também de forma significativa para a proposição da teoria atômica de Dalton os resultados dos experimentos desenvolvidos por William Henry [1774-1836] sobre a solubilidade dos gases com objetivo de produzir água gaseificada para a indústria química de sua família. O trabalho de Dalton foi amplamente debatido pela comunidade científica, mas também criticado por químicos e físicos famosos da época. Somente a partir da segunda metade do século XIX é que a comunidade de químicos começou a reconhecer que tal modelo era bastante plausível. A teoria atômica de Dalton baseava-se nas seguintes hipóteses: 1. A matéria é constituída de átomos, que são partículas indivisíveis e indestrutíveis. 2. Todos os átomos de um elemento químico são idênticos em massa e propriedades. Os átomos de diferentes elementos químicos são diferentes em massa e em propriedades.


CAPÍTULO

3. As substâncias são formadas pela combinação de diferentes átomos na proporção de números inteiros e pequenos. 4. As reações químicas envolvem somente combinação, separação e rearranjo dos átomos, não havendo em seu curso nem a criação nem a destruição de átomos. A partir dessa teoria, pôde-se idealizar um modelo para o átomo que, indestrutível, seria como se fosse uma bola maciça, como uma bola de bilhar. Esse modelo de bola maciça ficou conhecido como modelo de Dalton, o qual contribuiu para dar uma nova direção aos estudos das transformações químicas e dos processos que ocorrem com as unidades estruturais da matéria. Essas unidades ainda hoje são denominadas átomos, apesar de estudos posteriores demonstrarem que elas não são indivisíveis como sugere o nome. É o que você verá a seguir com os outros modelos.

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3 MODELO ATÔMICO DE THOMSON

A natureza elétrica da matéria

Sergio Ranalli/Pulsar Imagens

Atualmente, é impossível imaginar a nossa vida sem a energia elétrica. O racionamento que a sociedade brasileira foi obrigada a fazer (em 2001) dá apenas uma pequena ideia do imenso sacrifício que seria viver sem eletricidade. Por isso, o mundo inteiro busca reduzir o consumo de energia elétrica e suprir esse recurso por meio de várias fontes: usinas hidrelétricas (quedas-d’água), usinas termelétricas (queima de combustíveis fósseis), painéis fotovoltaicos (energia solar), turbinas eólicas (energia dos ventos), usinas nucleares (reações atômicas), entre outras.

Pense O que é energia elétrica? O que é eletricidade?

Você poderá observar o fenômeno da eletricidade ao esfregar uma caneta ou uma régua de plástico nos cabelos e depois colocá-la em contato com pedacinhos de papel. A propriedade de atração entre certos corpos é conhecida desde a Antiguidade. Ela foi inicialmente descrita pelo filósofo e matemático grego Tales de Mileto, após observar o que acontecia quando se causava atrito entre lã e âmbar, uma resina fóssil translúcida e muito dura que, em grego, é denominada elektron. Daí por que o fenômeno passou a ser conhecido como eletricidade. Para explicá-lo, Tales considerou que os materiais que se comportavam como o âmbar, após o atrito, estavam eletrizados. Em outras palavras, carregados eletricamente. Quando eletrizados, os materiais podem ser atraídos ou repelidos por outros materiais também eletrizados. Estudos posteriores demonstraram que existem dois tipos de carga elétrica, positiva e negativa. Além disso, materiais com o mesmo tipo de carga elétrica se repelem, enquanto os de cargas opostas se atraem. Mas o que vêm a ser essas cargas elétricas? O que será que confere tal característica aos materiais? Muitos estudos tentaram explicar a eletricidade e elaborar modelos explicativos. Contudo, somente no século XIX o fenômeno começou a ser compreendido com mais clareza.

Os relâmpagos são evidências naturais da existência de descargas elétricas.

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Michael Faraday: seus trabalhos sobre fenômenos eletroquímicos ajudaram na descoberta da existência do elétron.

Smithsonian Institution Librarie

Diagramas representando o aparelho usado por Thomson. No diagrama à esquerda, observa-se um feixe luminoso (raios catódicos) que sai do polo negativo em direção ao anel ligado ao polo positivo. No diagrama à direita, observa-se que o feixe luminoso é desviado pelo campo elétrico, produzido por placas eletrizadas.

O átomo com cargas elétricas

O inglês William Crookes inventou a ampola de raios catódicos, que permitiu identificar o elétron.

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Hulton-Deutsch Collection/Corbis

J. Yuji

MODELOS ATÔMICOS

Em 1833, o físico e químico inglês Michael Faraday [1791-1867] realizou uma série de experimentos de eletrólise (processo químico de decomposição de substâncias pela passagem de corrente elétrica) e observou que a massa depositada de uma determinada substância era proporcional à quantidade de eletricidade empregada no experimento. Isso era uma evidência de que a eletricidade estava relacionada com a existência de alguma partícula. Em 1891, o físico irlandês George Johnstone Stoney [1826-1911], interpretando a lei da eletrólise formulada por Faraday e a teoria de valência do químico alemão August Kekulé [1829-1896], propôs o nome elétron para a unidade natural da eletricidade, naquele tempo ainda inexplicada, mas já demonstrada por diversos experimentos. Dentre os estudos que contribuíram para a identificação de tal partícula estão os do cientista inglês William Crookes [1832-1919]. Ele inventou a ampola de raios catódicos. A ampola contém um gás ou ar em baixa pressão que, quando submetido a uma corrente elétrica, produz raios luminosos que saem da extremidade da ampola, onde está o polo negativo (–) da fonte de alta tensão, e vão para a outra extremidade, onde está o polo positivo (+). Esses raios foram chamados catódicos. Para Crookes, eles seriam um fluxo de moléculas.

O físico holandês Pieter Zeeman [1865-1943], que trabalhava com o físico holandês Hendrik Antoon Lorentz [1853-1928], realizou experiências de espectroscopia, fazendo observações sob a ação de um campo magnético e explicaram os resultados, considerando que a luminosidade observada era emitida por partículas carregadas negativamente que se moviam no átomo influenciadas pelo campo magnético, seguindo as leis clássicas do eletromagnetismo. Por esse trabalho, foi agraciado com o Prêmio Nobel de Física em 1902. Em seus estudos, Zeeman conseguiu determinar a relação entre a carga e a massa dessas partículas negativas. Em outros estudos, o físico francês, Jean Baptiste Perrin [1870-1942], ao produzir raios catódicos em tubo de ar à baixa pressão, conseguiu desviá-los com o auxílio de um ímã. Com esse experimento, demonstrou que esses raios são feixes de partículas carregadas negativamente. Essas partículas seriam os elétrons, já assim denominadas por Stoney. Os estudos de espectroscopia desenvolvidos na primeira metade do século XIX por diversos cientistas, bem como os estudos de Perrin, levaram à proposição, ao final daquele século, dos primeiros modelos atômicos eletricamente constituídos. Um desses modelos foi proposto pelo físico inglês Joseph John Thomson [1856-1940]. Tomando como base as investigações de Faraday, ele realizou experimentos com tubos de descarga contendo quatro diferentes gases e utilizou três metais diferentes na constituição dos eletrodos. Os dados coletados nessas experiências permitiram a Thomson alcançar sempre os mesmos


4 MODELO ATÔMICO DE RUTHERFORD

A radioatividade e o átomo

Bettmann/Corbis/Latinstock

CAPÍTULO 1 2 3 4 5 6 7

Por seu trabalho na determinação das propriedades do elétron, o físico inglês Joseph John Thomson recebeu o Prêmio Nobel de Física em 1906.

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Alexandre Bueno

valores para a razão entre a carga e a massa do elétron (e/m) que compunham os raios catódicos, cujos valores eram da mesma ordem de grandeza dos encontrados por Zeeman e Lorentz. Thomson observou, assim, que os raios catódicos eram os mesmos independentemente da composição do catodo, do anticatodo ou do gás na válvula. Esse fato o levou a postular que todos os elementos químicos têm um constituinte universal: o elétron. Outros experimentos confirmaram a razão entre a carga e a massa do elétron (e/m) e a carga do elétron (e) para as partículas fotoelétricas (elétrons), como o realizado pelo físico norte-americano Robert Andrews Millikan [1868-1953], que também determinou a carga elétrica do elétron (1,63 10 –19 coulombs). Em suas investigações, Thomson, além de medir a carga e a massa do elétron, desenvolveu a teoria eletrônica dos metais e a distribuição do que ele denominou de corpúsculos nos átomos, os quais seriam os elétrons. Assim, a partir das ideias do químico e físico inglês, William Proust [1785-1850] de que todos os elementos poderiam ser formados por condensação do hidrogênio, Thomson propôs um modelo para os átomos que pode ser sintetizado com as seguintes características: • O átomo de hidrogênio seria a base para a constituição de todos os outros átomos. • As cargas dos diferentes átomos seriam sempre múltiplos inteiros da carga do átomo de hidrogênio. • Os átomos dos diferentes elementos seriam esferas com carga elétrica positiva uniforme. • Essas esferas conteriam os elétrons dispostos em uma série de anéis paralelos. • Os anéis conteriam diferentes quantidades de elétrons. • Os elétrons se movimentariam em alta velocidade em torno de anéis. • Esses anéis estariam organizados de forma que a maioria dos elétrons ficaria próxima da superfície da esfera e os anéis com menores quantidades de elétrons ficariam mais no centro da esfera. Esse modelo teórico acabou sendo popularizado em livros didáticos com a denominação de “pudim de ameixas”, em referência a um bolo inglês que nada se assemelha ao nosso pudim de ameixas.

O modelo atômico de Thomson representado considera que átomo é uma esfera de carga positiva uniforme, contendo elétrons que estariam em movimento em torno de anéis.

O estudo árduo faz com que os cientistas deem atenção a qualquer fenômeno que ocorra, por mais simples que seja, o que leva muitas vezes a descobertas fantásticas. Foi o que aconteceu em 1895 com o físico alemão Wilhelm Röntgen [1845-1923]. Ele estudava as propriedades da eletricidade com tubos de raios catódicos, quando, de repente, notou a emissão de um tipo de radiação que ultrapassava determinados materiais. Descobriu também que essa poderosa emissão era capaz de impressionar uma chapa fotográfica. O fenômeno, até então desconhecido, foi chamado por Röntgen raios X. Dois anos depois, Antoine Henri Becquerel [1852-1908], físico francês, resolveu procurar uma relação entre os raios X e a fosforescência (propriedade de certos materiais de reluzir por um curto intervalo de tempo) de uma substância de urânio. Ele acreditava que, colocando cristais de substâncias que contêm átomos de urânio sobre uma chapa fotográfica, embrulhada em papel preto, e expondo-os à luz solar, eles emitiriam raios X e iriam impressionar a chapa fotográfica.

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Hely Demutti

MODELOS ATÔMICOS Science Photo Library/Latinstock

A inesperada e fantástica descoberta dos raios X teve uma estrondosa repercussão. Atualmente, eles são empregados na Medicina para produção de radiografias.

Pierre e Marie Curie prestaram extraordinários serviços para a descoberta do fenômeno da radioatividade.

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E, mais uma vez, um fato experimental foi descoberto casualmente: num dia nublado, o físico suspendeu o experimento, pois não havia luz solar para produzir fosforescência, e guardou a substância embrulhada em papel preto dentro de uma gaveta que continha uma chapa fotográfica. Alguns dias depois, revelou várias chapas, inclusive a que estava na gaveta. E qual não foi a sua surpresa ao notar que ela também trazia uma mancha característica. O urânio havia impressionado a chapa mesmo sem receber luz solar. Diante desse fato, Becquerel deduziu que a emissão desses raios não tinha conexão com os raios X descobertos por Röntgen, nem com a luz solar, nem tampouco com a propriedade de fosforescência: originara-se dos próprios átomos do elemento urânio. Conclusão: os átomos de alguns elementos químicos são naturalmente radioativos, ou seja, emitem radiação. Esse fenômeno ficou conhecido mais tarde como radioatividade. O conhecimento sobre radioatividade avançou ainda mais com as pesquisas do casal de químicos Marie [1867-1934] e Pierre Curie [1859-1906]. A polonesa Marie Curie e seu marido, o francês Pierre Curie, trabalharam arduamente com minérios que emitiam uma radiação muito intensa e puderam identificar a existência de novos elementos químicos cujos átomos eram bastante radioativos: o rádio (Ra) e o polônio (Po). Apesar de todo o esforço dos pesquisadores, eles não puderam explicar a origem da radiação emitida por esses elementos. O segredo estava escondido na própria estrutura da matéria, ou seja, a origem da radiação relaciona-se à estrutura do átomo. Só que isso eles ainda não tinham condições de demonstrar com os conhecimentos conquistados até então. Nessa época, já se sabia que o átomo não era exatamente como previa a teoria atômica de Dalton: uma esfera maciça e indivisível. Mas os novos modelos também não explicavam o fenômeno da radioatividade. Por isso, todos os cientistas envolvidos nesse campo sentiram-se ainda mais desafiados a aprofundar seus estudos. A meta a ser atingida era um modelo que finalmente desvendasse a estrutura da matéria.

Modelo atômico de Nagaoka Em 5 de dezembro de 1903, o físico japonês Hantaro Nagaoka [1865-1950] apresentou à Sociedade de Física e Matemática de Tóquio um artigo sobre o movimento de partículas num átomo ideal. Nele, propôs seu modelo saturniano de átomo. Logo em seguida, Nagaoka publicou os principais resultados de sua pesquisa em revistas científicas, entre as quais a Nature. O modelo proposto por Nagaoka foi construído partindo da crítica ao modelo Aepinus, proposto por Lorde Kelvin, em 1902. No modelo de Kelvin, os elétrons se movimentariam livremente numa esfera carregada positivamente. Nagaoka, em 1908, continuava discordando do modelo de Lorde Kelvin e disse que os elétrons estariam situados fora da esfera carregada positivamente. Em seus artigos, Nagaoka rejeitava a interpenetrabilidade entre cargas positivas e negativas. O modelo de Nagaoka considerava que o átomo com as seguintes características: • Teriam massa central grande, carregada positivamente. • Essa massa central atrairia os elétrons de mesma massa e com cargas negativas. • Os elétrons girariam em um anel circular, distribuídos em intervalos angulares iguais, repelindo-se uns aos outros. No fim do século XIX, o físico neozelandês Ernest Rutherford [1871-1937] foi convencido por J. J. Thomson a trabalhar com o fenômeno então recentemente descoberto: a radioatividade. Seu trabalho permitiu a elaboração de um modelo atômico que possibilitou o entendimento da radiação emitida pelos átomos de urânio, polônio e rádio.


CAPÍTULO

A figura representa o efeito da radiação alfa atravessando um campo elétrico e sofrendo desvio na direção do polo negativo. bloco de chumbo

campo elétrico

J. Yuji

Aos 26 anos de idade, Rutherford fez sua maior descoberta. Estudando a emissão de radiação do urânio e do tório, observou que existem dois tipos distintos de radiação: uma que é rapidamente absorvida, que denominamos radiação alfa (α),), e outra com maior poder de penetração, que denominamos radiação beta (β). Ele descobriu ainda que a radiação alfa é atraída pelo polo negativo de um campo elétrico, como mostra o esquema ao lado.

2 3

Pense

amostra radioativa

Como você explica o fato de a radiação α ser atraída pelo polo negativo do campo elétrico?

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radiação alfa (α)

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campo elétrico

O experimento de Rutherford

bloco de chumbo

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campo elétrico

J. Yuji

Seus estudos posteriores mostraram que as partículas alfa são iguais a átomos de hélio que perderam os elétrons, e que o baixo poder de penetração dessa radiação se deve à sua elevada massa. Rutherford descobriu também que a radiação beta é constituída por partículas negativas, pois se desviam para o polo positivo do campo elétrico. Essas partículas possuem massa igual à dos elétrons e um poder de penetração maior que a radiação alfa. Rutherford queria estudar a interação da radiação alfa com folhas finas de metais. Para isso, ele desenvolveu uma série de experimentos envolvendo essa radiação.

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radiação (β) (β beta (β) amostra radioativa campo elétrico

A radiação beta atravessa um campo elétrico e sofre desvio na direção do polo positivo.

Em 1909, o inglês Ernest Marsden [1889-1970], um estudante de graduação de Física, em Manchester, junto com o físico inglês Johannes Hans Wilhelm Geiger [1882-1945] estudando a interação da radioatividade com diferentes metais, observaram que algumas partículas alfa retornavam para trás, enquanto a maioria atravessava os materiais. Geiger e Marsden realizaram muitos experimentos e investigaram a quantidade relativa de reflexão, a partir de metais de espessura variável, e a fração de partículas alfa incidentes que eram refletidas. Em suas observações, puderam identificar que a grande maioria das partículas alfa atravessava as lâminas metálicas, quando estas eram muito finas, mas que uma quantidade muito pequena dessas partículas retornava com grandes ângulos de desvio que poderia retornar na mesma direção de incidência das partículas alfa ou variar o desvio até 90º. Rutherford, que trabalhava com os dois, ao tomar conhecimento desses resultados supôs que a deflexão com grande ângulo fosse devido a um único encontro atômico e que a possibilidade de um segundo encontro desse tipo, na maioria dos casos deveria ser extremamente pequena. De acordo com o modelo atômico de Thomson, as deflexões seriam improváveis: sendo muito mais leves que as partículas alfa, os elétrons teriam tanta dificuldade para desviar suas trajetórias quanto bolas de gude para desviar balas de canhão. Para perceber as possíveis deflexões, utilizou-se uma placa de material fosforescente que emite luz quando colidida pela radiação alfa. Dessa maneira, ao colocar uma fina lâmina de ouro entre a chapa fosforescente e o material radioativo, a luminosidade na chapa deveria cessar, pois a lâmina de ouro bloquearia a passagem da radiação.

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bloco de chumbo

luminosidade

radiação ( alfa (α)

MODELOS ATÔMICOS

J. Yuji

Esquema do experimento de Rutherford

amostra de polônio

partículas refletidas

partículas defletidas

lâmina de ouro chapa fosforescente

partículas defletidas

Sob orientação de Rutherford, Hans Geiger e Ernest Marsden trabalharam no experimento de espalhamento de radiação alfa. Para isso, ficaram várias horas em um quarto escuro observando lampejos emitidos por filmes de sulfeto de zinco quando atingidos por partículas alfa, que eram desviadas ao atravessar uma fina lâmina de ouro. Esse experimento está representado esquematicamente ao lado.

Mas, para a surpresa de Rutherford, uma grande luminosidade insistia em aparecer do outro lado da lâmina de ouro, indicando que a radiação alfa a havia atravessado sem a menor dificuldade. Além disso, ele observou o surgimento de uma pequena luminosidade em outras partes da chapa. Isso evidenciava que a trajetória de uma parte da radiação alfa era desviada por algo na lâmina de ouro. Rutherford pôde, então, com base nesses experimentos, fazer as seguintes observações: 1. A maioria das partículas alfa atravessava a fina lâmina de ouro. 2. Uma pequena parcela das partículas alfa era desviada de sua trajetória. 3. Outra pequena parcela de partículas era refletida (retornava para trás). Assim, em 1911, Rutherford anunciou uma nova proposta de modelo para a estrutura do átomo, considerando também as ideias especulativas de outros cientistas, inclusive do físico Nagaoka, que considerava a estrutura do átomo como sendo semelhante a do sistema solar. Rutherford imaginou que, se as partículas alfa sofriam um desvio em sua trajetória, era porque estavam sendo repelidas por alguma coisa existente nos átomos de ouro. Algo que impedia a sua passagem direta. Sabendo que a radiação alfa é constituída por partículas de carga positiva, Rutherford supôs que elas fossem desviadas quando se aproximavam de alguma região do átomo que tivesse o mesmo tipo de carga.

Pense Considere as seguintes informações: a) De acordo com Rutherford, o desvio das partículas alfa no experimento era resultado da sua aproximação a cargas positivas. b) Somente uma pequena fração das partículas alfa sofria desvio. Então, por que o modelo de Thomson precisava ser reformulado?

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Biblioteca do Congresso, Washington

E R

S

e não tivessem dado aquele livro ao menino que completava 10 anos, talvez a história da Ciência teria tomado outros caminhos… Era um livro de Física bastante conhecido na época e continha experimentos simples, mas que encantaram Ernest Rutherford, o curioso garoto nascido em 30 de agosto de 1871 na cidade de Brightwater, Nova Zelândia. Ele foi o quarto dos doze filhos do construtor autodidata e lavrador James O físico neozelandês Ernest Rutherford e da professora Marta, escoceses que tinham ido colonizar Rutherford possuía uma haaquele país. Sua mãe teve papel marcante em sua vida, incentivando o inbilidade notável para a Física teresse pelas Ciências que o menino demonstrou desde muito cedo. e se destacaria nos estudos, recebendo diversos prêmios. Em 1885, em reconhecimento a dois artigos que publicara sobre a radioatividade, ganhou uma bolsa de estudos e foi trabalhar no laboratório Cavendish, na Universidade de Cambridge, Inglaterra, sob a orientação de Joseph John Thomson. Logo que chegou a Cambridge, Rutherford teve seu potencial reconhecido e foi convidado por Thomson a participar dos estudos sobre os efeitos da passagem de raios X em tubos de gás. Por isso, teve de abandonar seu promissor trabalho com o receptor sem fio, deixando, assim, que o físico italiano Guglielmo Marconi [1874-1937] recebesse sozinho as honrarias da invenção da telegrafia sem fio. No início de seus trabalhos no campo da radioatividade, Rutherford propôs um experimento que permitiria identificar dois tipos de radiação. Por motivos pessoais, transferiu-se para a Universidade McGill, em Montreal (Canadá), que, naquela época, tinha o melhor laboratório de Física do Ocidente. Trabalhando com o químico inglês Frederick Soddy [1877-1956], descobriu que a radioatividade é um processo natural: os átomos emitem diferentes tipos de radiação, podendo, ou não, dar origem a novos átomos. Seu trabalho foi muito contestado na época pelos que acreditavam que o átomo era a menor partícula da matéria. Em 1907, Rutherford voltou à Inglaterra para ocupar o cargo de diretor do centro de pesquisas físicas de Manchester, onde ocorreu a fase mais produtiva de sua vida científica. Recebeu diversos prêmios, entre eles o Nobel de Química de 1908. Seus trabalhos marcam o rompimento entre os domínios da Física e da Química, por uni-los na busca da compreensão do átomo, e seu legado mais importante foi a definição de um novo modelo para explicá-lo. Um dos físicos mais importantes das primeiras décadas do século XX, Rutherford morreu em 1937 e deixou contribuições para outras áreas da Ciência, até para aquelas nas quais era praticamente leigo, como a Geologia, pois suas pesquisas concorrem para determinar a datação dos materiais.

CAPÍTULO

A Ciência na História

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Para Thomson, o átomo seria uma esfera de carga positiva. Os resultados de Rutherford mostravam que, se fosse assim, existiriam enormes espaços vazios entre os átomos, por onde passava a radiação. Como já vimos no estudo cinético dos gases, no estado sólido os átomos estão próximos uns dos outros e não afastados, como poderia ser deduzido por aqueles resultados inusitados.

157


J. Yuji J. Yuji

MODELOS ATÔMICOS

Rutherford então idealizou outro modelo. Para ele, os espaços por onde passavam as partículas alfa eram ocupados pelos elétrons dos átomos e a região que oferecia partículas refletidas resistência à passagem das partículas seria constituída pela carga positiva do átomo. Assim, os átomos não seriam maciços, como previa o modelo de Dalton. partículas defletidas O novo modelo explicava resultados observados experimentalmente. Veja na figura ao lado que, segundo esse lâmina de ouro modelo, a radiação alfa atravessa a região onde estão os elétrons e retorna ou sofre desvios quando se choca com a região em que estão as cargas positivas. Segundo esse modelo, o átomo tem duas regiões: uma central, denominada núcleo, constituída por partículas carregadas positivamente, chamadas prótons, e Representação esquemápor partículas sem carga, denominadas nêutrons, que dariam estabilidade ao acúmulo tica do desvio da radiade cargas positivas; e outra região ao redor da central, a eletrosfera, constituída por parção alfa pelos núcleos tículas carregadas negativamente, denominadas elétrons. Esse modelo ficou conhecido positivos (azuis com sinal como modelo atômico de Rutherford. positivo) dos átomos (vermelhos) de ouro. Rutherford trabalhou intensamente na tentativa de detectar os nêutrons, mas em vão. Em 1932, o físico inglês James Chadwick [1891-1974] determinou a presença de nêutrons como resultado do bombardeamento de berílio por partículas alfa. A partir dos resultados quantitativos de seu experimento, Modelo atômico planetário Rutherford determinou que o núcleo dos átomos de ouro seria 10000 vezes menor do que o próprio átomo. Enquanto o núcleo atômico tem um raio aproximado de 10 –14 m, o átomo possui um raio aproximado de 10 –10 m. Com esses dados, conclui-se que o núcleo atômico ocupa um espaço muito pequeNo núcleo do átomo, no e é muito denso, pois concentra toda a massa do átomo. além dos prótons (esferas O modelo de Rutherford é uma ferramenta básica para o de cor laranja) estão os estudo da Química no Ensino Médio. De forma simples e clanêutrons (esferas azuis). ra, ele permite explicar uma série de processos químicos. Por Esta representação explica o desvio da radiação alfa: a carga positiva isso, é importante que você compreenda as suas principais concentrada em uma região central no átomo repele a radiação. características. Por diversas vezes, ele será representado em Para Rutherford, o átomo figuras. Lembre-se, no entanto, de que você estará vendo um modelo e, como tal, constitui deve ter duas regiões: uma representação e não um átomo como ele é de fato. Por exemplo, o modelo atômico de um núcleo denso, muito Rutherford foi comparado com o Sistema Solar, pelo fato de o seu modelo considerar que pequeno com os prótons e os elétrons giram ao redor do núcleo do átomo em órbitas (trajetórias fechadas), assim como uma região de volume muino Sistema Solar os planetas giram em órbitas ao redor do Sol. Embora essas comparações to grande, ocupada pelos (analogias) sejam muito comuns nas Ciências, sempre devemos ter cuidado, pois comparaelétrons (eletrosfera). Esse modelo teórico tem sido remos coisas diferentes. O sistema idealizado por Rutherford não é exatamente como o Sistema presentado didaticamente Solar, afinal as dimensões, formatos e trajetórias das órbitas dos planetas no Sistema Solar são por um modelo planetário completamente diferentes dos dos elétrons! Devemos lembrar ainda que, conforme veremos conforme o esquema acima adiante, essa ideia de os elétrons girarem em órbitas ao redor do núcleo foi desconsiderada que inclui os nêutrons estupelos dados obtidos posteriormente, embora a sua ideia de um núcleo extremamente pequedados por Rutherford e os no continue válida até hoje. elétrons girando em elipses radiação alfa (α)

ao redor do núcleo. Observe que, no esquema ilustrativo do modelo planetário, as partículas não estão na proporção real.

158

Pense De acordo com o tamanho do núcleo atômico indicado por Rutherford, a figura acima representa bem o tamanho de um átomo? Justifique.


1. 2. 3. 4.

o átomo é constituído por duas regiões distintas: o núcleo e a eletrosfera. o núcleo atômico é extremamente pequeno em relação ao tamanho do átomo. no núcleo, são encontrados os prótons e os nêutrons. os elétrons encontram-se na eletrosfera e possuem massa muito pequena em relação à massa dos prótons.

CAPÍTULO

Sobre o modelo de Rutherford e as noções até aqui desenvolvidas, é importante considerar que:

1 2 3 4

Exercícios 1. O que é modelo científico? Dê um exemplo de modelo que você já tenha estudado em Ciências.

2. Sabemos que a Terra é bastante antiga e muitos dos animais e vegetais existentes nos primórdios do planeta já não existem mais. Porém é comum vermos em desenhos, filmes e em alguns parques modelos de dinossauros que apresentam riquezas de detalhes. Explique, com suas palavras, como os cientistas chegaram a esses modelos tão perfeitos.

3. Utilizando o modelo proposto por Thomson, responda: a) Como os elétrons e os prótons estão distribuídos nos átomos? b) Qual é a diferença entre esse modelo e o de Rutherford?

4. Durante os experimentos com raios catódicos, Thomson observou que, ao submeter o tubo de raios a um campo elétrico, os raios eram atraídos para o polo positivo. Como você explica esse fato?

5. Por que, ao longo dos tempos, os cientistas propuseram diversos modelos diferentes para representar o átomo?

6. Comente a frase: “O modelo atômico de Rutherford mostra exatamente como é o átomo, pois indica que ele tem um núcleo e uma eletrosfera ao redor deste”.

7. Como seria o resultado do experimento de Rutherford se o átomo fosse como propõe o modelo de Thomson?

8. Durante a experiência realizada sobre a estrutura da matéria, Rutherford chegou às seguintes conclusões: I – O átomo é constituído por duas regiões distintas: o núcleo e a eletrosfera. II – O núcleo atômico é extremamente pequeno em relação ao tamanho do átomo. III – O átomo tem uma região em que existe muito espaço vazio. Quais fatos levaram Rutherford a chegar a essas conclusões?

9. Qual região do átomo é mais densa? Por quê? 10. Uma importante contribuição ao estudo da matéria

FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

foi a descoberta de modelos e partículas presentes no átomo. Relacione os nomes dos cientistas com as alternativas citadas. 1) Rutherford. 3) Chadwick. 2) Dalton. 4) Thomson. a) É o descobridor do nêutron. b) Seu modelo atômico era semelhante a uma bola de bilhar. c) Seu modelo atômico era semelhante a um panetone. d) Criou um modelo para o átomo semelhante ao Sistema Solar.

5 6 7 8

11. (ITA-SP) Em 1803, John Dalton propôs um modelo de teoria atômica. Considere que sobre a base conceitual desse modelo sejam feitas as seguintes afirmações: I – O átomo apresenta a configuração de uma esfera rígida. II – Os átomos caracterizam os elementos químicos e somente os átomos de um mesmo elemento são idênticos em todos os aspectos. III – As transformações químicas consistem de combinação, separação e/ou rearranjo de átomos. IV – Substâncias compostas são formadas de átomos de dois ou mais elementos unidos em uma razão fixa. Qual das opções a seguir se refere a todas as afirmações CORRETAS? a) I e IV. d) II, III e IV. b) II e III. e) I, II, III e IV. c) II e IV.

12. (UFSC) Na famosa experiência de Rutherford, no início do século XX, com a lâmina de ouro, o(s) fato(s) que (isoladamente ou em conjunto) indicava(m) o átomo possuir um núcleo pequeno e positivo foi (foram): a) A maioria das partículas alfa atravessaria os átomos da lâmina sem sofrer desvio de sua trajetória. b) Ao atravessar a lâmina, uma maioria de partículas alfa sofreria desvio de sua trajetória.

159


c) Um pequeno número de partículas alfa atravessando a lâmina sofreria desvio de sua trajetória. d) Um grande número de partículas alfa não atravessaria a lâmina. e) As partículas alfa teriam cargas negativas.

16. (UFPE) Ao longo da história da Ciência, diversos mo-

boratório do professor Ernest Rutherford, uma série de experiências que envolveram a interação de partículas alfa com a matéria. Esse trabalho às vezes é referido como “Experiência de Rutherford”. O desenho a seguir esquematiza as experiências realizadas por Geiger e Marsden. J. Yuji

MODELOS ATÔMICOS

13. (UFMG) Em 1909, Geiger e Marsden realizaram, no la-

Au Po

Partículas alfa

17. (UFMA) Em um átomo com 22 elétrons e 26 nêutrons, seu

Pb Pb

ZnS

Uma amostra de polônio radioativo emite partículas alfa que incidem sobre uma lâmina muito fina de ouro. Um anteparo de sulfeto de zinco indica a trajetória das partículas alfa após terem atingido a lâmina de ouro, uma vez que, quando elas incidem na superfície de ZnS, ocorre uma cintilação. a) Explique o que são partículas alfa. b) Descreva os resultados que deveriam ser observados nessa experiência se houvesse uma distribuição homogênea das cargas positivas e negativas no átomo. c) Descreva os resultados efetivamente observados por Geiger e Marsden. d) Descreva a interpretação dada por Rutherford para os resultados dessa experiência.

14. (Osec-SP-Adaptado) Eletrosfera é a região do átomo que: a) b) c) d) e)

concentra praticamente toda a massa elétrica do átomo. contém as partículas de carga elétrica positiva. possui partículas sem carga elétrica. permanece inalterada na formação dos íons. contém os elétrons, partículas carregadas negativamente e que existem em qualquer átomo. 57 3+ 15. (UFRR) Em relação aos isótopos 54 Fe, 56 Fe2+ e 26 Fe , 26 26 podemos afirmar que: a) possuem o mesmo número de elétrons. b) possuem o mesmo número de nêutrons. c) possuem o mesmo número de prótons. d) trata-se de ferro, flúor e fósforo. e) nenhuma das afirmações é verdadeira.

160

delos atômicos foram propostos até chegarmos ao modelo atual. Com relação ao modelo atômico de Rutherford, podemos afirmar que: a) foi baseado em experimentos com eletrólise de soluções de sais de ouro. b) é um modelo nuclear que mostra o fato de a matéria ter sua massa concentrada em um pequeno núcleo. c) é um modelo que apresenta a matéria como sendo constituída por elétrons (partículas de carga negativa) em contato direto com prótons (partículas de carga positiva). d) não dá qualquer informação sobre a existência de nêutrons. e) foi deduzido a partir de experimentos de bombardeio de finas lâminas de um metal por partículas α. número atômico e número de massa são, respectivamente: a) 22 e 26. c) 26 e 22. e) 22 e 48. b) 26 e 48. d) 48 e 22.

18. (PUC-RS) Quando se salpica um pouco de cloreto de sódio ou bórax diretamente nas chamas de uma lareira, obtêm-se chamas coloridas. Isso acontece porque nos átomos dessas substâncias os elétrons excitados: a) absorvem energia sob a forma de luz, neutralizando a carga nuclear e ficando eletricamente neutros. b) retornam a níveis energéticos inferiores, devolvendo energia absorvida sob a forma de luz. c) recebem um quantum de energia e distribuem-se ao redor do núcleo em órbitas mais internas. d) emitem energia sob a forma de luz e são promovidos para órbitas mais externas.

19. (UFPI) A luz fornecida por uma lâmpada de vapor de sódio utilizada em iluminação pública é resultado da: a) transição de elétrons de um dado nível de energia para outro de maior energia. b) remoção de elétrons de um átomo para formar cátions. c) transição de elétrons de um nível de energia mais alto para um mais baixo. d) adição de elétrons e átomos para formação de ânions. e) combinação de átomos para formar moléculas.

20. (UFPA) A realização de experimentos com descargas elétricas em tubo de vidro fechado contendo gás a baixa pressão produz os raios catódicos. Esses raios são constituídos por um feixe de: a) nêutrons. c) raios X. e) elétrons. b) partículas α (alfa). d) prótons.


mente expressa em: a) a formação dos materiais se dá através de diferentes associações entre átomos iguais ou não. b) o átomo possui um núcleo positivo envolto por órbitas eletrônicas. c) o número de átomos diferentes existentes na natureza é pequeno. d) os átomos são partículas que não podem se dividir. e) toda matéria é formada por partículas extremamente pequenas.

22. (UFMG) Dalton, Rutherford e Bohr propuseram, em diferentes épocas, modelos atômicos. Algumas características desses modelos são apresentadas no quadro que segue: Modelo

i

II

Núcleo atômico Átomos denso, com maciços e Característica carga positiva. indivisíveis. Elétrons em movimento.

III Núcleo atômico denso, com carga positiva. Elétrons em órbitas circulares de energia quantizada.

A associação modelo/cientista correta é: a) I/Bohr; II/Dalton; III/Rutherford. b) I/Dalton; II/Bohr; III/Rutherford. c) I/Dalton; II/Rutherford; III/Bohr. d) I/Rutherford; II/Bohr; III/Dalton. e) I/Rutherford; II/Dalton; III/Bohr.

23. (UFMG) Ao resumir as características de cada um dos sucessivos modelos do átomo de hidrogênio, um estudante elaborou o seguinte resumo:

CAPÍTULO

21. (PUC-MG) A teoria atômica de Dalton só está clara-

Modelo atômico: Dalton. Características: átomos maciços e indivisíveis. Modelo atômico: Thomson. Características: elétron, de carga negativa, incrustado em uma esfera de carga positiva. A carga positiva está distribuída, homogeneamente, por toda a esfera. Modelo atômico: Rutherford. Características: elétron, de carga negativa, em órbita em torno de um núcleo central, de carga positiva. Não há restrição quanto aos valores dos raios das órbitas e das energias do elétron. Modelo atômico: Bohr. Características: elétron, de carga negativa, em órbita em torno de um núcleo central, de carga positiva. Apenas certos valores dos raios das órbitas e das energias do elétron são possíveis. O número de erros cometidos pelo estudante é: a) 0. b) 1. c) 2. d) 3. 24. (UFSC) A palavra átomo é originária do grego e significa indivisível, ou seja, segundo os filósofos gregos, o átomo seria a menor partícula da matéria que não poderia ser mais dividida. Atualmente, essa ideia não é mais aceita. A respeito dos átomos, é verdadeiro afirmar que: a) não podem ser desintegrados. b) são formados por, pelo menos, três partículas fundamentais. c) possuem partículas positivas denominadas elétrons. d) apresentam duas regiões distintas, o núcleo e a eletrosfera. e) apresentam elétrons, cuja carga elétrica é negativa. f) contêm partículas sem carga elétrica, os nêutrons.

1 2 3 4 5 6 7 8

5 O ÁTOMO E SUAS PARTÍCULAS

rótons, nêutrons, elétrons… Depois que os estudos sobre o átomo revelaram que ele não era uma esfera maciça e indivisível, estava aberto o terreno para a descoberta de outras partículas. Durante o século XX foram identificadas diversas partículas, como o neutrino, o pósitron e o méson  (pi). Para nós, o méson  tem um significado especial: ele foi descoberto em 1947, com base nos trabalhos de uma equipe composta pelo físico brasileiro Cesare Mansueto Giulio Lattes (César Lattes) [1924-2005], pelo inglês Cecil Frank Powell [1903-1969] e pelo italiano Giuseppe Occhialini [1907-1993]. Nascido em Curitiba, César Lattes foi um dos mais importantes cientistas brasileiros e sua participação na descoberta do méson π, partícula subatômica que garante a coesão do núcleo atômico, deu-lhe projeção internacional e uma indicação ao Prêmio Nobel. Para a compreensão dos processos químicos, no entanto, iremos aprofundar nossos conhecimentos apenas sobre as partículas básicas: prótons, elétrons e nêutrons.

Ari Vicentini/Agência Estado/AE

P

César Lattes [1924-2005].

161


MODELOS ATÔMICOS

H

1 1

J. Yuji

J. Yuji

Be

4 4

J. Yuji

He

4 2

2p 2n 2e

4p 4n 4e

1p 0n 1e

No átomo de hélio (He), o número de prótons é igual ao número de elétrons.

No átomo de berílio (Be), tem-se 4 prótons e 4 elétrons.

No átomo de hidrogênio (H) só há um próton e um elétron.

As principais características dessas partículas estão listadas na tabela a seguir. Observe que a carga elétrica e a massa correspondem a valores muito pequenos quando usamos o SI. Por esse motivo, os químicos buscaram outras escalas para facilitar as operações numéricas. Essas escalas são relativas à carga e à massa do próton. Portanto, daqui por diante, quando nos referirmos à carga do átomo e de suas partículas, adotaremos uma carga relativa e não o padrão de unidade do SI.

Pense Considerando a carga das partículas básicas, num átomo neutro o número de prótons deve ser igual, superior ou inferior ao número de elétrons?

De acordo com a tabela a seguir, as partículas constituintes do átomo que possuem carga são os prótons – positiva – e os elétrons – negativa. A carga do próton só difere da do elétron em sinal, ou seja, são iguais em módulo (em valor absoluto). Portanto, quando o número de prótons de um átomo for igual ao número de elétrons, esse átomo é eletricamente neutro. Quando o número de elétrons de um átomo não for igual ao seu número de prótons, ele terá uma carga residual. A carga de um átomo é fornecida pela diferença entre os seus números de prótons e elétrons. PARTÍCULAS BÁSICAS CONSTITUINTES DOS ÁTOMOS E ALGUMAS DE SUAS CARACTERÍSTICAS Nome

Região do átomo

Símbolo

Elétron

eletrosfera

Próton Nêutron

Carga

Massa

Relativa ao próton

Coulombs

Relativa ao próton

g

e

1–

–1,6 ⋅ 10 –19

1/1840

9,11 ⋅ 10 –28

núcleo

p

1+

1,6 ⋅ 10 –19

1

1,67 ⋅ 10 –24

núcleo

n

0

0

1

1,67 ⋅ 10 –24

Os átomos ou grupos de átomos que têm número de elétrons diferente do de prótons são chamados íons. Os íons podem ser positivos ou negativos. Os positivos são chamados cátions e os negativos ânions.

162


CAPÍTULO

A representação de íons é feita da seguinte maneira: Xcarga, em que X representa o símbolo do elemento químico. A carga deve ser demonstrada pelo seu valor numérico, quando superior a 1, sempre seguido do seu sinal (positivo ou negativo). Cuidado para não colocar o sinal antes do número. Exemplos: Na+, Cl–, Ca2+, O2–.

1 2

Número atômico

3 4

Vejamos agora outras características dos átomos. A tabela a seguir apresenta alguns tipos de átomo com seus símbolos e números de partículas constituintes. Os elementos químicos são representados por diferentes símbolos, formados por uma ou duas letras, sendo a primeira sempre maiúscula e a segunda, se houver, sempre minúscula.

5 6 7

ALGUNS TIPOS DE ÁTOMOS COM SEUS SÍMBOLOS E NÚMEROS DE PARTÍCULAS BÁSICAS Tipo de átomo

Símbolo

Prótons

Nêutrons

Elétrons

Hidrogênio

H

1

1

Hidrogênio

H

1

1

1

Hidrogênio

H

1

2

1

Hélio

He

2

2

2

Hélio

He

2

1

2

Carbono

C

6

6

6

Carbono

C

6

8

6

Oxigênio

O

8

8

8

Oxigênio

O

8

9

8

Césio

Cs

55

82

55

Césio

Cs

55

89

55

8

Os dados da tabela indicam que o número de prótons e elétrons de cada tipo de átomo é sempre o mesmo, o que de fato ocorre com os átomos de todos os outros elementos químicos. Entretanto, os átomos podem perder ou ganhar elétrons com razoável facilidade. É o que acontece quando esfregamos uma régua em nosso cabelo, como foi citado no início deste capítulo. Já os prótons estão sob a ação de forças nucleares fortes, que os mantêm no núcleo atômico, dificilmente removíveis dessa região. Nesse sentido, o que é comum aos átomos de um mesmo elemento químico é o número de prótons.

Pense Observando a tabela acima, identifique o que os átomos de um mesmo elemento químico têm em comum.

163


Foi em 1913 que o jovem físico inglês H. G. J. Moseley [1887-1915], que trabalhava com Ernest Rutherford realizando estudos com raios X, relacionou as propriedades dos átomos com o número de prótons que eles continham. Em seus estudos, esse número correspondia a uma variável matemática que era denominada Z. A partir daí, o número de prótons passou a significar número atômico e é representado pela letra Z: MODELOS ATÔMICOS

Z = p (no de prótons)

Número de massa Outro dado importante a respeito dos átomos é conhecido como número de massa. Representado pela letra A, é o número de prótons somado ao número de nêutrons de um átomo. Seu valor é praticamente o mesmo da massa total do átomo, uma vez que a massa dos elétrons pode ser considerada desprezível. A = Z + n (no de nêutrons) C J. Yuji

Muitas vezes, no estudo da Química, é preciso ter informação sobre o número atômico ou o número de massa de um tipo de átomo, visto que átomos de um mesmo elemento químico podem apresentar diferentes números de prótons e, consequentemente, diferentes números de massa. Para facilitar, convencionou-se representar os átomos pela simbologia a seguir:

6p 6n

6e

A Z

X

em que X é o símbolo do elemento. 23 Na e Exemplos: 11

Representação da eletrosfera e do núcleo de um átomo de carbono.

Cl.

35 17

Em razão da dificuldade de representar todas as partículas, muitas vezes representamos os átomos como na figura ao lado.

Elemento químico e isótopos Ao longo dos tempos, vários conceitos foram atribuídos a elementos químicos. No modelo de Dalton, a diferença entre átomos de elementos químicos distintos estava na sua massa. Todavia, o estudo de Moseley demonstrou que a identidade dos átomos de cada elemento químico está relacionada com o número atômico. A partir de então, passou-se a adotar um novo conceito para elemento químico, o qual se refere ao número de prótons dos átomos, ou seja, ao seu número atômico. Elemento químico é um tipo de átomo caracterizado por determinado número atômico. Na natureza, podemos encontrar mais de um tipo de átomo do mesmo elemento químico. Por exemplo, existem três tipos de átomos de hidrogênio, diferentes apenas pelas suas massas. Todos, porém, têm o mesmo número atômico, ou seja, o mesmo

164


CAPÍTULO

número de prótons e, por isso, são classificados como hidrogênio. O mesmo acontece com átomos de carbono, de oxigênio e de outros elementos químicos. Cada tipo de átomo é denominado nuclídeo.. Portanto, nuclídeos são átomos de um mesmo elemento químico caracterizados por um número de massa específico; em outras palavras, são átomos que possuem números atômicos iguais e números de massa diferentes.

1 2

Nuclídeo é um tipo de átomo de um elemento químico caracterizado por um número de massa específico.

3 4 5

Existem átomos de elementos químicos que são mononuclídicos, como o berílio (Be), o alumínio (Al), o fósforo (P), o flúor (F), entre outros. Quando átomos de um dado elemento químico ocorrem com mais de um nuclídeo, esses são denominados isótopos. Portanto:

6 7 8

Isótopos são átomos de um mesmo elemento químico com diferentes números de massa. O oxigênio possui três isótopos, conforme as representações. O

O

O

8p 8n

J. Yuji

18 8

J. Yuji

17 8

J. Yuji

16 8

8p 9n

8e

8p 10n

8e

8e

É importante conhecer a natureza dos nuclídeos, pois eles têm algumas propriedades diferentes; alguns são radioativos e outros não, por exemplo. A identificação do isótopo ou nuclídeo é dada pelo seu número de massa. Assim, no caso do oxigênio, eles são identificados como nuclídeo oxigênio-16 (16O), nuclídeo oxigênio-17 (17O) e nuclídeo oxigênio-18 (18O). A tabela abaixo mostra que a diferença entre os nuclídeos de hidrogênio está no número de nêutrons. Como você pode observar, eles possuem nomes e símbolos diferentes. No caso, dizemos que o prótio, duetério e o trítio são isótopos. DIFERENTES NUCLÍDEOS DO HIDROGÊNIO Nome

Símbolo

Prótio

Quantidade de partículas

Representação

Prótons

Nêutrons

Elétrons

H

1

0

1

1 1

Deutério

D

1

1

1

2 1

Trítio

T

1

2

1

3 1

H

D T

165


Tema em foco Tema

Zuboff/Dreamstime

MODELOS ATÔMICOS

MERCADO DE CARBONO! O QUE É ISSO? Conforme discutimos nesta unidade, a poluição atmosférica tem produzido efeitos locais e globais. Em regiões industrializadas e em cidades com grande concentração de automóveis, a baixa qualidade do ar é um exemplo de efeito local. O aquecimento médio do planeta é um efeito global resultante do somatório das ações individuais e coletivas em todo o planeta. Os cidadãos precisam cobrar de seus governantes políticas ambientais rigorosas que diminuam os efeitos danosos da poluição atmosférica local. Da mesma forma, temos de apoiar movimentos de pressão internacional para adoção de políticas que reduzam o aquecimento global. Nesse contexto, surgiu a ideia do mercado de carbono, expressa no Tratado de Kyoto. Este, assinado pela maioria dos países, determina que, caso seja impossível atingir as metas estabelecidas de redução de CO2, países desenvolvidos poderão comprar créditos de carbono de outras nações que possuam projetos de desenvolvimento de tecnologias limpas. Isso representa a fixação de um valor financeiro para cada tonelada de CO2 que deixa de ser lançada na atmosfera, configurando o que ficou conhecido como mercado de carbono. carbono Não se trata de vender átomos de carbono. Créditos de carbono são certificados emitidos por agências de proteção ambiental que têm ação reguladora. O crédito de carbono é uma espécie de moeda ambiental e pode ser gerada por diferentes modos, como projetos que absorvam os gases do efeito estufa, reflorestamento e outros. Sua negociação ocorre por meio de certificados negociados nas bolsas de valores e de mercadorias. Uma tonelada de CO2 equivale a um crédito de carbono. O CO2 equivalente é o resultado da multiplicação das toneladas emitidas dos gases do efeito estufa pelo seu potencial de aquecimento global. O potencial de aquecimento global e uma tonelada desse gás foram estipulados como iguais a 1. Quanto custa o ar que respiramos? Podemos dizer que o mercado de carbono é, desde que usado adequadamente para o fim a que se propõe, uma atitude de sustentabilidade, pois incentiva a redução da emissão de gases poluentes. Em países em desenvolvimento, ele torna-se um incentivo para a manutenção e preservação de florestas. Por serem menos industrializados, têm grande potencial para desenvolver projetos que gerem créditos de carbono. O Brasil é um bom exemplo: possui fatores físicos, geográficos e climáticos favoráveis ao desenvolvimento de fontes energéticas ambientalmente mais limpas.

Atitude sustentável Como consumidores, no fim, somos todos responsáveis pela emissão de CO2 para a atmosfera. Habitantes dos países desenvolvidos, em média, emitem cinco toneladas de CO2 por ano, enquanto nos países não industrializados, onde o consumo é menor, essa média cai para 0,5 tonelada. No entanto, todos podem reduzir esse consumo. Você deve estar pensando: Será que posso participar do mercado de carbono? De maneira indireta, existem formas de as pessoas comuns participarem desse mercado. Como? Ora, assumindo atitudes sustentáveis, reduzindo ações cotidianas que diminuam a emissão desses gases. Vejamos alguns exemplos: b Adotando meios alternativos de locomoção que substituam veículos automotivos. Em certos casos, é possível ir de bicicleta ou a pé para o trabalho, para a escola etc. Não precisa ser todos os dias da semana, mas pelo menos dois! O que você acha? b Usando transporte público. b Usando e oferecendo carona. b Dirijindo de maneira mais eficiente para reduzir o consumo. b Plantando árvores. No processo de fotossíntese, os vegetais convertem CO2 em O2. Assim, quanto mais verde for o planeta, maior a absorção de CO2. Podemos, por exemplo, ter a iniciativa de plantar uma árvore por ano.

166


1 AMj Studio

Hely Demutti

CAPÍTULO

Qual é o meio mais eficiente para cinquenta pessoas chegarem ao trabalho?

Hely Demutti

2 3 4 5

Uma latinha reciclada economiza em energia o equivalente ao consumo de um televisor ligado por três horas; além de economizar combustível, que seria queimado pela indústria, ao fim, o processo da reciclagem implica redução na emissão de gás carbônico para a atmosfera e diminuição do efeito estufa.

6 7 Uma tonelada de papel reciclado poupa de 10 a 20 árvores. Certamente, isso representa uma economia de recursos naturais, pois essas árvores vivas continuam absorvendo CO2 pela fotossíntese.

8

Use o bom senso sempre!

6 MODELO ATÔMICO DE BOHR

om o modelo proposto por Rutherford para descrever o átomo, foi possível entender uma série de fenômenos que não eram explicados pelos modelos anteriores, entre eles as emissões de partículas pelos átomos dos elementos radioativos. No entanto, a análise do experimento de Rutherford e do seu próprio modelo levantou algumas questões que não podiam ser respondidas pelas teorias da Física conhecidas naquela época, como: Por que os elétrons (partículas negativas) não caem sobre o núcleo (carga positiva) em virtude da atração eletrostática? Nas primeiras décadas do século XX, o estudo de diversos fenômenos físicos possibilitou debates acirrados entre os cientistas que apresentavam diferentes explicações para o mesmo processo. Foi um momento histórico: nascia um novo jeito de interpretar o Universo que nos rodeia. As evidências experimentais e os estudos teóricos foram aos poucos demonstrando que, no fantástico mundo microscópico do átomo, o comportamento das partículas segue leis diferentes das aplicadas a corpos de grandes dimensões. Foi nesse fervilhante ambiente de discussões científicas que surgiu um novo modelo para explicar a estrutura do átomo: o modelo quântico, porta de entrada para uma grande revolução tecnológica do século XX, o desenvolvimento da computação. Compreender os novos modelos requer conhecimentos mais elaborados de Física, que envolvem princípios de eletromagnetismo. Por enquanto, vamos apenas introduzir alguns conceitos sobre as mudanças ocorridas em relação ao modelo de Rutherford no que se refere à estrutura eletrônica dos átomos. Comecemos o estudo pelo experimento a seguir, que nos apresenta dados que podem ser explicados por um modelo que antecedeu ao modelo quântico: o modelo atômico de Bohr.

energia

J. Yuji

C

elétron

núcleo

De acordo com a Física Clássica, o elétron, ao girar em torno do núcleo, perderia energia e iria diminuindo a sua órbita até colapsar com o núcleo. Como resolver esse problema?

167


Química Q uímica na escola

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

Átomos que emitem luz MODELOS ATÔMICOS

Esse experimento é demonstrativo. Deve ser feito apenas pelo professor no laboratório ou em sala apropriada na escola.

Materiais • • • •

5 fios de 10 cm de níquel-crômio (resistência de chuveiro) 1 bico de gás ou lamparina a álcool pinça de madeira ou pregador de roupas de madeira soluções aquosas 0,5 mol/L de: NaCl, KCl, CuSO4 ⋅ 5H2O, CaCl2 e BaCl2

Procedimento 1. Prenda cada fio de níquel-crômio a um suporte de madeira e faça um pequeno gancho na outra extremidade. 2. Mergulhe um fio na solução de cloreto de sódio (NaCl). 3. Coloque-o na chama, que deve ser regulada para estar bem clara. 4. Observe a coloração da chama e anote no caderno. 5. Repita os procedimentos anteriores utilizando um pedaço de fio de níquel-crômio para cada solução. Evite usar um mesmo fio de níquel-crômio para mais de uma solução para evitar contaminação. Se assim for necessário, lave bem o fio antes de usá-lo na outra solução.

Destino dos resíduos Evite contaminação das soluções, não misturando os fios usados de cada solução para que as mesmas possam ser devidamente rotuladas e armazenadas pelo professor para que sejam reaproveitadas em outras atividades.

Análise de dados 1. O que você observou? 2. Qual é a relação entre as cores observadas com as substâncias que foram aquecidas? 3. A qual conclusão você pode chegar a partir desses testes?

vermelho luz branca

A luz é uma combinação de ondas luminosas de diferentes frequências, que podem ser separadas por um prisma, obtendo-se as cores do arco-íris.

168

alaranjado amarelo verde azul prisma

anil violeta

J. Yuji

Uma propriedade dos átomos conhecida desde o século XIX é a emissão de luz, que acontece quando eles são aquecidos em uma chama, como você pôde observar no experimento anterior. Além de emitir luz, os átomos também emitem outros tipos de radiação, o que só é percebido por instrumentos ópticos. Sabe-se que, quando a luz solar atravessa um prisma, ela se decompõe nas cores do arco-íris. A esse fenômeno damos o nome espectro luminoso (veja quadro abaixo).


J. Yuji

Espectro de átomos de hidrogênio (região visível)

1 2 3 4 5 6 A festa de réveillon no Rio de Janeiro, embelezada quimicamente. Nos tradicionais fogos de artifício, são adicionadas substâncias cujos átomos emitem radiações de luminosidades diferentes.

1014

Comprimento de onda em angstroms

Ondas de rádio

Infravermelho Micro-ondas

10–4

Raios X Ultravioleta

8

Opção Brasil Imagens

Espectro eletromagnético

7

Raios cósmicos Raios gama

Espectro visível

Infravermelho próximo Termoterapia e secagem pelo calor

Ultravioleta próximo Efeitos germicidas, fotoquímicos, fotoelétricos e fluorescentes

Hely Demutti

A decomposição completa da radiação solar produz uma variedade de radiações que formam as cores do arco-íris. Essas radiações, chamadas radiações eletromagnéticas, têm diversas aplicações.

A decomposição da radiação emitida por átomos de hidrogênio produz um espectro de luz com cores bem definidas. Essas linhas espectrais são como a “impressão digital” dos átomos de hidrogênio.

CAPÍTULO

As radiações emitidas pelos átomos podem ser detectadas por alguns instrumentos ópticos que separam a radiação, gerando um efeito semelhante ao do arco-íris – resultado da divisão da luz branca. Esses aparelhos são chamados espectrômetros e as cores obtidas para os átomos de cada elemento químico são denominadas linhas espectrais. Os espectros dos átomos começaram a ser estudados em 1859 pelos cientistas alemães Gustav Robert Kirchhoff [1824-1887] e Robert Wilhelm Bunsen [1811-1899] e foram de vital importância para o desenvolvimento da Química Analítica. O espectrômetro permite identificar precisamente a composição de substâncias e materiais sem destruí-los. Hoje, muitos exames clínicos na Medicina têm utilizado esses instrumentos. Por que diferentes átomos emitem diferentes espectros luminosos? Essa pergunta começou a ser respondida com base nas pesquisas do físico dinamarquês Niels Henrik David Bohr [1885-1962]. Após estudar o espectro do átomo de hidrogênio, ele propôs um novo modelo atômico para explicar o fenômeno. Vejamos a seguir as principais ideias desenvolvidas por ele.

Espectrômetro usado na Medicina para identificar e medir os níveis de drogas no sangue de pessoas tratadas com anticancerígenos.

169


MODELOS ATÔMICOS

O conhecimento atual sobre a estrutura dos átomos nos indica que seus elétrons têm diferentes quantidades de energia: alguns são mais energéticos, outros menos. Sabe-se, ainda, que essa quantidade de energia é fixa e que cada quantidade é denominada nível de energia. Os diferentes níveis de energia identificados para os elétrons são representados pela letra n. Os estudos de Bohr com dados experimentais para átomos de hidrogênio demonstraram que os elétrons podem passar de um nível de energia para outro. Segundo esses estudos, os elétrons que estão nos níveis energéticos mais baixos ocupam uma região mais próxima do núcleo; os que estão em níveis energéticos mais altos ocupam regiões mais afastadas. De acordo com o trabalho de Bohr, ao receber energia, os elétrons “saltam” para os níveis energéticos mais afastados do núcleo. Posteriormente, eles podem perder a mesma quantidade de energia. Quando isso acontece, eles emitem energia, “saltando” de volta para os níveis energéticos mais baixos. Essa energia liberada corresponde à luminosidade observada quando átomos emitem luz, o que, por sua vez, pode ser analisado em espectrômetros. As diferenças de energia entre níveis energéticos correspondem a valores fixos.

J. Yuji

170

J. Yuji

Espectro visível

Com esse modelo que fez previsões muito acertadas para os átomos de hidrogênio, Bohr explicou as H emissões de luz observadas no experimento, demonstrado pelo seu professor. Os dados demonstram que Hg os átomos, ao absorver energia, podem posteriormente emitir radiações que, ao atravessar um prisma, são Ne decompostas em um espectro. Os espectros atômicos não são contínuos como o espectro luminoso, mas caLongitude de onda (nm) racterizados por cores específicas, que se apresentam H em linhas espectrais. As radiações emitidas pelos átomos correspondem à energia emitida por seus elétrons 400 500 600 700 ao retornarem aos níveis energéticos mais baixos. Como os elétrons estão em níveis estacionários, só serão emiDiferentemente do espectro luminoso, que é contínuo, os espectros tidas radiações que correspondam à diferença entre atômicos são caracterizados por linhas espectrais. os níveis de energia. Por isso, os espectros atômicos A explicação de Bohr afirma que cada linha corresponde a um nível são descontínuos e cada linha espectral corresponde energético do elétron. a um nível de energia. Com base em cálculos para átomos com apenas um elétron e com o conhecimento de Física da época, Bohr postulou que os elétrons dos átomos estão confinados em certos níveis estáveis de energia. Esses foram chamados estados estacionários de energia. Para Bohr, cada estado estacionário de energia seria associado a um nível de energia que é representado pela letra n e varia de 1 a 7, assumindo valores inteiros. No modelo de Bohr, cada um desses níveis é descrito por uma órbita ao redor do núcleo. As órbitas mais próximas do núcleo corresponderiam a níveis menores de energia. Ainda de acordo com o modelo de Bohr, para os elétrons passarem de um nível inferior para outro mais elevado de energia, eles têm de absorver energia em quantidade estritamente 400

500

600

700


J. Yuji

Modelo atômico de Rutherford-Bohr

1 2 3

J. Yuji

4

K L M N O P Q núcleo

Transferência de energia para os elétrons, segundo Bohr energia

CAPÍTULO

suficiente para isso. Quando retornam ao nível original, eles têm de emitir de volta a energia absorvida, na forma de radiação luminosa. Esse modelo de Bohr permitiu a explicação da emissão de luz por algumas substâncias. Observe na figura abaixo uma representação simplificada do modelo de Bohr. Quando o cloreto de sódio foi levado à chama, os elétrons do átomo de sódio foram excitados e saltaram para níveis mais energéticos. Depois, esses elétrons perderam energia, sob a forma de luz, e retornaram para o nível energético original.

5 6

energia

7 eletrosfera

Ao receber energia, os elétrons saltam para os níveis mais energéticos.

Ao retornar aos níveis energéticos de origem, há liberação de energia.

8

Bohr aperfeiçoou o modelo de Rutherford e desenvolveu um novo modelo, conhecido como Rutherford-Bohr, Rutherford-Bohr o qual representa os elétrons, girando em órbitas representadas pelas letras K, L, M, N, O, P e Q. Lembre-se, todavia, de que esse modelo não representa adequadamente o movimento dos elétrons, pois hoje sabemos que eles não giram em órbitas.

Átomos de elementos distintos emitem diferentes luminosidades, porque seus elétrons ocupam diferentes níveis de energia. Em outras palavras, os “saltos” quânticos que realizam são diferentes.

7 MODELO QUÂNTICO PARA O ÁTOMO

ssas explicações de Bohr para o comportamento energético dos elétrons no átomo foram desenvolvidas a partir da teoria dos quanta. Essa teoria foi proposta inicialmente pelo físico alemão Max Karl Ernest Ludwig Planck [1858-1947] em 1900. Segundo a sua tese, a radiação é emitida, de forma descontínua, em minúsculas quantidades fixas denominadas quanta. De acordo com essa teoria, a radiação emitida pelos corpos ocorre sempre em quantidades discretas que se propagam na forma de pacotes de energia, denominados quanta. A teoria dos quanta (plural de quantum) foi usada, em 1905, pelo físico alemão Albert Einstein [1879-1955] para explicar o fenômeno do efeito fotoelétrico; depois, por Bohr, em 1913, para formular o seu modelo atômico; e, posteriormente, por diversos outros físicos, que desenvolveram um novo ramo de estudo na Física: a Mecânica Quântica. A partir da Mecânica Quântica foi estabelecido um conjunto de princípios e leis para explicar o comportamento energético dos elétrons no átomo. Daí surgiu o modelo mais moderno para o átomo: o modelo quântico. Apesar de Bohr ter demonstrado como o seu modelo podia fazer previsões para os espectros do átomo neutro de hidrogênio, ele não conseguiu prever os espectros de átomos maiores. Isso implicava a necessidade de aperfeiçoar esse modelo. Um primeiro ajuste foi proposto, em 1916, pelo físico e matemático alemão Arnold Sommerfeld [1868-1951].

Science Photo Library/Latinstock

E

O físico alemão Max Karl Ernest Ludwig Planck propôs a teoria dos quanta, que serviu de base para o modelo atômico mais moderno: o modelo quântico.

171


MODELOS ATÔMICOS

Análises espectroscópicas refinadas mostraram que as linhas espectrais não são simples; elas apresentam o que é chamado estrutura fina, isto é, consistem em várias linhas componentes que ficam bem próximas. Isso indicava que, para um mesmo estado estacionário de energia, devem existir subníveis de energia. Sommerfeld fez adaptações ao modelo de Bohr, mas ainda não conseguiu prever os espectros de muitos outros átomos. O modelo continuou a ser aperfeiçoado até se chegar ao que temos hoje, mais sofisticado e eficiente a ponto de permitir previsões razoáveis sobre estruturas químicas de substâncias desconhecidas. O atual modelo quântico recorre a cálculos matemáticos bastante avançados que não podem ser demonstrados com base nos conhecimentos matemáticos do Ensino Médio, fato que torna difícil explicá-lo mais detalhadamente. Vejamos apenas alguns princípios desse modelo que nos auxiliam a compreender alguns processos químicos. Algo importante desse modelo quântico é a compreensão da transição dos elétrons de um nível quântico a outro. Para tornar mais didática a explicação, costuma-se representar os níveis energéticos encontrados para os elétrons em órbitas circulares ao redor do núcleo. Essa representação foi inicialmente usada por Bohr. Mas ela não corresponde à realidade, pois os estudos quânticos indicam que os elétrons não giram em órbitas. No entanto, como modelo simplificado, a representação em órbitas permite compreender o fenômeno da espectroscopia e os processos químicos que iremos estudar daqui para a frente. Os cálculos quânticos desenvolvidos segundo o modelo mais avançado possibilitam descrever a região do espaço onde se pode encontrar o elétron. Sabe-se não ser possível a determinação precisa da posição exata do elétron na estrutura atômica, mas é possível fazer cálculos que determinem uma região de maior probabilidade de ele ser encontrado. No modelo quântico, a região em que se encontra o elétron é denominada orbital e sugere algo menos definido do que uma órbita. Portanto, no modelo quântico:

Núcleo atômico

Os estudos quânticos demonstram que só é possível a presença de determinado número de elétrons em cada nível energético. Por exemplo, no primeiro nível só é possível encontrar dois elétrons, enquanto no segundo é possível encontrar no máximo oito elétrons. A tabela da próxima página apresenta como os elétrons dos átomos dos vinte primeiros elementos químicos estão distribuídos nos níveis energéticos. Essa distribuição é chamada configuração eletrônica.

3

Representação da densidade de probabilidade de encontrar o elétron em torno do núcleo. Onde a cor é mais densa, a probabilidade é maior.

No modelo quântico, sabe-se que o elétron não está em uma posição definida. O que se tem é uma região que indica a probabilidade de onde é possível encontrar o elétron.

172

Li

16

3+

J. Yuji

J. Yuji

Orbital é a região no espaço em que há maior probabilidade de encontrarmos o elétron.

S

16+

Diferentes átomos têm diferentes quantidades de elétrons, que são distribuídos em níveis crescentes de energia: no primeiro nível pode-se ter no máximo dois elétrons; no segundo, esse limite é de oito elétrons.


Número atômico

Elemento

Símbolo

Número de elétrons por nível energético

CAPÍTULO

CONFIGURAÇÃO ELETRÔNICA NOS NÍVEIS ENERGÉTICOS DOS VINTE PRIMEIROS ELEMENTOS QUÍMICOS

n1

n2

n3

n4

1 2

1

Hidrogênio

H

1

2

Hélio

He

2

3

Lítio

Li

2

1

4

Berílio

Be

2

2

5

Boro

B

2

3

6

Carbono

C

2

4

7

Nitrogênio

N

2

5

8

Oxigênio

O

2

6

9

Flúor

F

2

7

10

Neônio

Ne

2

8

11

Sódio

Na

2

8

1

12

Magnésio

Mg

2

8

2

13

Alumínio

Al

2

8

3

14

Silício

Si

2

8

4

15

Fósforo

P

2

8

5

16

Enxofre

S

2

8

6

17

Cloro

Cl

2

8

7

18

Argônio

Ar

2

8

8

19

Potássio

K

2

8

8

1

20

Cálcio

Ca

2

8

8

2

3 4 5 6 7 8

J. Yuji

Os cálculos quânticos demonstram também que existe mais de um tipo de orbital. Em geral, os elétrons ocupam quatro tipos de orbitais, identificados pelas letras s, p, d e f. Sabe-se ainda que para cada nível energético (os estados estacionários, no modelo de Bohr) existem subníveis de energia, os quais estão associados com um determinado tipo de orbital. O orbital s é o de menor energia. Ele é encontrado em todos os sete níveis de energia do átomo. A sua descrição espacial pode ser tomada como a de uma esfera, como mostra a figura a seguir.

A região mais provável de se encontrar um elétron com energia correspondente a de um orbital s tem um formato esférico. O subnível s pode ser encontrado em todos os níveis; a diferença está no raio da esfera. Quanto maior o nível, maior será o raio da região probabilística de se encontrar o elétron.

173


Alexandre Bueno

MODELOS ATÔMICOS

Quando o elétron está no nível 1, representamos o orbital por 1s; quando está no nível 2, 2s; no nível 3, 3s; e assim por diante. A diferença desses orbitais é que os elétrons de níveis superiores apresentam uma probabilidade maior de estar mais afastados do núcleo do que os de níveis inferiores. Um segundo tipo de orbital é o p. Esse orbital apresenta um formato aproximado ao de um haltere. Ele pode estar distribuído espacialmente de acordo com três orientações, conforme mostra a figura abaixo. Dessa forma, para cada nível energético é possível encontrar três orbitais com a mesma energia. Seguindo a ordem de energia, teríamos o orbital s, depois o p e em seguida o d e o f. A disposição espacial dos orbitais d e f é mais complexa, mas podemos dizer que, para, cada nível energético, é possível a existência de cinco orbitais d e sete orbitais f.

O elétron com energia correspondente ao subnível p (orbital p) pode estar em um mesmo nível energético, em três orientações espaciais diferentes.

Nos estudos da Mecânica Quântica, o físico austríaco Wolfgang Pauli [1900-1958] propôs um princípio o qual evidencia que para cada orbital só pode haver no máximo dois elétrons para um mesmo átomo. Esse princípio ficou conhecido como Princípio da Exclusão. Com base nesses princípios da Mecânica Quântica, da existência de níveis e subníveis de energia, correspondentes aos diferentes tipos de orbitais, e no número de elétrons possíveis de ser encontrados por orbitais, pode-se fazer previsões da distribuição de elétrons no átomo, ou seja, da sua configuração eletrônica. O estudo, por meio de conceitos do modelo quântico, possibilita compreender melhor e prever comportamentos de gases do processo de absorção de energia, propiciando cálculos mais precisos sobre o aquecimento global. Por exemplo, a absorção de radiações ultravioleta do Sol por moléculas dos gases do efeito estufa, com posterior emissão de radiação infravermelha de menor energia, pode ser explicada por saltos quânticos que ocorrem nos elétrons dessas moléculas que são excitados pelo ultravioleta e depois decaem (retornam) a estados de menor energia, emitindo radiação infravermelha.

174


CAPÍTULO

8 CONFIGURAÇÃO ELETRÔNICA

O

princípio básico da configuração eletrônica consiste em dispor os elétrons de forma que o átomo tenha um menor estado de energia, chamado estado fundamental. A determinação de energia de cada elétron é dada por equações matemáticas, as quais possibilitaram o desenvolvimento de um esquema muito prático que permite a previsão da distribuição da ordem de energia dos elétrons para a grande maioria dos átomos. Esse esquema ficou conhecido como diagrama de Linus Pauling. Vejamos como se aplica esse modelo para prever a configuração eletrônica de um elemento químico. Para isso, vamos relembrar alguns princípios da Mecânica Quântica. Em geral, os elétrons ocupam sete níveis de energia. Cada nível de energia apresenta subníveis que estão associados com o tipo dos orbitais. Como em cada orbital podemos ter no máximo dois elétrons, então os elétrons podem ser distribuídos nos subníveis de energia conforme ilustra o quadro a seguir.

1 2 3 4 5 6 7 8

NÚMERO MÁXIMO DE ELÉTRONS POR SUBNÍVEIS DE ENERGIA Subnível

s

p

d

f

Número de orbitais por subnível

1

3

5

7

Número máximo de elétrons

2

6

10

14

De acordo com as previsões da Mecânica Quântica, nos níveis de energia dos átomos existem quantidades de subníveis limitadas. O subnível s é o único que está presente em todos os níveis. A tabela a seguir apresenta os subníveis possíveis para cada nível. SUBNÍVEIS DE ENERGIA EM CADA NÍVEL COM AS QUANTIDADES MÁXIMAS DE ELÉTRONS Nível de energia

Subníveis possíveis

Quantidade máxima de elétrons

1

s

2

2

s, p

2, 6

3

s, p, d

2, 6, 10

4

s, p, d, f

2, 6, 10, 14

5

s, p, d, f

2, 6, 10, 14

6

s, p, d

2, 6, 10

7

s, p

2, 6

Se existem tantos subníveis, como é que podemos saber em que subníveis estarão os elétrons dos átomos de um elemento químico? NÚMERO MÁXIMO DE ELÉTRONS POR NÍVEIS DE ENERGIA Nível

n1

n2

n3

n4

n5

n6

n7

Número máximo de elétrons

2

8

18

32

32

18

8

175


Foi Linus Pauling quem propôs, com base em seus estudos, um diagrama como o apresentado na figura à esquerda, conhecido como diagrama de Pauling, que permite fazer a distribuição eletrônica para todos os elementos. Mas em que se baseia esse diagrama? O seu princípio consiste em ordenar os subníveis de cada nível em uma ordem crescente de energia. As setas que estão na diagonal indicam o sentido crescente de energia. Assim, a primeira seta em diagonal no diagrama de Linus Pauling é a que indica o subnível de menor energia: 1s. A seta seguinte indica o próximo subnível em energia: 2s. Em seguida, vêm os subníveis da terceira seta na ordem crescente: 2p e 3s. Na sequência das setas, teremos então os subníveis na seguinte ordem crescente de energia:

Diagrama para distribuição eletrônica de Linus Pauling

energia

MODELOS ATÔMICOS

1s 2s

2p

3s

3p

3d

4s

4p

4d

4f

5s

5p

5d

5f

6s

6p

6d

7s

a

rgi

e en

1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d. Sabendo a ordem de energia dos subníveis e a quantidade máxima de elétrons permitida para cada subnível, pode-se identificar a configuração eletrônica de um átomo. Sabe-se que o átomo tende a um estado de menor energia possível. Por isso, os elétrons ocupam primeiramente os níveis e subníveis menos energéticos e sucessivamente os posteriores, considerando o limite máximo de elétrons de cada nível e subnível.

Pense Onde será alocado o terceiro elétron de um átomo qualquer?

A distribuição eletrônica nos níveis de energia é feita de acordo com o número máximo de elétrons que cada nível e subnível comportam e na ordem crescente de energia. Observe o esquema a seguir. Diagrama para distribuição eletrônica de Linus Pauling com indicação do número máximo de elétrons por subnível. 1s2

176

2s2

2p6

3s2

3p6

3d10

4s2

4p6

4d10

4f14

5s2

5p6

5d10

5f14

6s2

6p6

6d10

7s2

7p6


Significado da simbologia adotada para indicar a configuração eletrônica

CAPÍTULO

Como vimos, a ordem energética aumenta de cima para baixo nos níveis e obedece ao sentido da seta na transversal, que também aumenta de cima para baixo, nos subníveis. Para saber onde será alocado o terceiro elétron, é preciso fazer a distribuição de elétrons. Para isso, siga as etapas abaixo, que são válidas para a maioria dos átomos: • observe o número atômico para saber o número total de elétrons do átomo; • complete os subníveis com os elétrons, até atingir o total de elétrons do átomo, obedecendo ao sentido da seta que indica a ordem crescente de energia, sem ultrapassar o limite máximo de elétrons permitido, que é s2, p6, d10, f14; • preencha o próximo subnível somente depois que seus antecessores estiverem completos. Com base nesses passos, adota-se a seguinte representação na determinação da configuração eletrônica:

1 2 3 4 5 6 7 8

Número de elétrons no subnível 1s

1s1 nível (1)

subnível: s

Veja um exemplo de distribuição eletrônica para o átomo de titânio (Z = 22). Configuração eletrônica do átomo neutro de titânio

1s2 2s2

2p6

3s2

3p6

3d2

4s2

4p

4d

4f

5s

5p

5d

5f

6s

6p

6d

7s

7p

ou 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d2 (total = 2 + 2 + 6 + 2 + 6 + 2 + 2 = 22 elétrons)

177


Seguindo o diagrama de Pauling, a configuração eletrônica para o titânio no seu estado fundamental será: 22

Ti = 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d2

MODELOS ATÔMICOS

Observe que o número total de elétrons do titânio é encontrado somando-se todos os números que estão como expoentes nos orbitais (22 = 2+2+6+2+6+2+2). Seguindo as regras acima, pode-se fazer a distribuição eletrônica para a maioria dos átomos dos elementos químicos. Veja como fica a distribuição para átomos de mais dois elementos químicos. 37

Rb = 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d10, 4p6, 5s1

53

I = 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d10, 4p6, 5s2, 4d10, 5p6

Exercícios

FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

1. Observe a tabela de configuração eletrônica, da página 173 e responda: a) Qual é a massa de um átomo de hidrogênio que tem dois nêutrons? b) Qual é a carga do núcleo desse átomo? c) Qual é a carga total desse átomo?

2. Com base na tabela a seguir, dê a representação e indique o tipo de cada íon. Exemplo: a) I –, ânion. QUANTIDADE DE PARTÍCULAS E REPRESENTAÇÃO DE ALGUNS ÍONS

6. (IME-RJ) Um isótopo de iodo usado no tratamento de

Quantidade de partículas

Símbolo do elemento

Prótons

Nêutrons

Elétrons

a)

F

9

11

10

b)

H

1

2

c)

He

2

2

2

d)

K

19

21

18

e)

Cl

17

36

18

3. Considere que o átomo de oxigênio (8 prótons, 8 elétrons e 8 nêutrons) ganhou dois elétrons e responda: a) Qual é a sua massa? b) Qual é a carga do seu núcleo? c) Qual é a carga total do átomo?

4. Observe estas duas espécies químicas: Na e Na+. Quais são os nomes e qual é a diferença existente entre elas?

5. (Vunesp) Entre as alternativas a seguir, indique a que contém a afirmação correta.

178

a) Dois átomos que têm o mesmo número de nêutrons pertencem ao mesmo elemento químico. b) Dois átomos com igual número de elétrons pertencem ao mesmo elemento químico. c) Dois átomos que têm o mesmo número de prótons pertencem ao mesmo elemento químico. d) Dois átomos com iguais números de massa são isótopos. e) Dois átomos com iguais números de massa pertencem ao mesmo elemento químico. distúrbios da tireoide é 131 I. 53 Dê o número de: a) prótons no núcleo. b) nêutrons no núcleo. c) elétrons em um átomo de I. d) prótons no íon I – formado pelo isótopo. e) elétrons no íon I – formado pelo isótopo.

7. (Unitau-SP) Um elemento químico é caracterizado por seu: a) número de nêutrons. b) número atômico.

c) número de elétrons. d) número de massa.

8. (PUCC-SP) A água pesada, utilizada em certos tipos de reatores nucleares, é composta por dois átomos de deutério (número de massa 2) e pelo isótopo 16 de oxigênio. O número total de nêutrons na molécula da água pesada é: (Dados: hidrogênio, Z = 1; oxigênio, Z = 8) a) 10. c) 16. e) 20. b) 12. d) 18.


respectivamente, de átomos fundamentais dos elementos 40 Ca e 32 S, têm em comum é o fato de que: 20 16 a) ambos têm o mesmo número de elétrons. b) ambos foram produzidos pela perda de elétrons, a partir do átomo de cada elemento, no estado fundamental. c) ambos foram produzidos pelo ganho de elétrons, a partir do átomo de cada elemento, no estado fundamental. d) ambos têm o mesmo número de nêutrons. e) ambos têm o mesmo número de prótons.

10. O que acontece com a massa de um átomo quando ele perde elétrons?

11. Como se explica a diferença de coloração emitida pelos átomos de diferentes elementos químicos no teste da chama?

12. (UFU-MG) As primeiras ideias sobre a constituição da matéria estavam baseadas em razões filosóficas e cosmológicas. Modernamente, essas ideias foram retomadas, apoiando-se a teoria em fatos experimentais. Vários modelos foram propostos – entre eles o modelo de Bohr, que sofreu muitas críticas por ter mantido a visão macroscópica e planetária de Rutherford. Marque as afirmações corretas C e as erradas E relacionadas com o modelo atômico de Bohr. 1) O núcleo tem carga positiva e os elétrons de carga negativa giram em torno dele em órbitas determinadas. 2) Elétrons de diferentes energias ocupam órbitas diferentes. 3) A passagem de um elétron de uma órbita para outra mais distante do núcleo se dá por emissão de energia. 4) Um elétron que gira em determinada órbita está constantemente absorvendo energia.

13. Um átomo neutro apresenta a seguinte configuração eletrônica: 1s2 2s2 2p 6 3s2 3p 6 4s2 3d10 4p 6. Qual é o número atômico desse átomo?

14. Sabendo que o número de prótons do cloro, alumínio, enxofre e potássio são respectivamente 17, 13, 16 e 19, forneça a configuração eletrônica de todos eles no estado fundamental.

15. (UFMG) Os diversos modelos para o átomo diferem quanto à suas potencialidades para explicar fenômenos e resultados experimentais. Em todas as alternativas, o modelo atômico está corretamente associado

a um resultado experimental que ele pode explicar, EXCETO em: a) O modelo de Rutherford explica por que algumas partículas alfa não conseguem atravessar uma lâmina metálica fina e sofrem fortes desvios. b) O modelo de Thomson explica por que a dissolução de cloreto de sódio em água produz uma solução que conduz eletricidade. c) O modelo de Dalton explica por que um gás, submetido a uma grande diferença de potencial elétrico, torna-se condutor de eletricidade. d) O modelo de Dalton explica por que a proporção em massa dos elementos de um composto é definida.

16. (UFPE) Comparando-se os modelos atômicos de Rutherford e de Bohr, pode-se afirmar que: a) nos dois modelos, o núcleo é considerado pequeno em relação ao tamanho do átomo e possui quase toda a massa do átomo. b) nos dois modelos, os elétrons descrevem trajetórias circulares em torno do núcleo. c) nos dois modelos, as interações eletrostáticas não são importantes para descrever a estabilidade do átomo. d) no modelo de Bohr, os elétrons podem ter quaisquer valores de energia. e) no modelo de Bohr, para o átomo de hidrogênio, o elétron, quando estiver na camada 2s, realizará espontaneamente uma transição para a camada 3s.

CAPÍTULO

9. (Unisinos-RS) O que os íons Ca2+ e S2– , originados,

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17. (UFG-GO) “Há cem anos, a Ciência dividiu o que era então considerado indivisível. Ao enunciar, em 1897, a descoberta de uma nova partícula que habita o interior do átomo, o elétron, o físico inglês Joseph John Thomson mudou dois mil anos de uma história que começou quando os filósofos gregos propuseram que a matéria seria formada por diminutas porções indivisíveis, uniformes, duras, sólidas e eternas. Cada um desses corpúsculos foi denominado átomo, o que, em grego, quer dizer ‘não divisível’. A descoberta do elétron inaugurou a era das partículas elementares e foi o primeiro passo do que seria no século seguinte uma viagem fantástica ao microuniverso da matéria.” Ciência Hoje, v. 22, n.13, 1997, p. 24.

A respeito das ideias contidas nesse texto, é correto afirmar que: a) com base na descoberta dos elétrons, foi possível determinar as massas dos átomos. b) os elétrons são diminutas porções indivisíveis, uniformes, duras, sólidas, eternas e são consideradas as partículas fundamentais da matéria.

179


MODELOS ATÔMICOS

c) os átomos, apesar de serem indivisíveis, são constituídos por elétrons, prótons e nêutrons. d) com a descoberta do elétron, com carga elétrica negativa, pode-se concluir que deveriam existir outras partículas, os nêutrons, para justificar a neutralidade elétrica do átomo. e) faz cem anos que se descobriu que os átomos não são os menores constituintes da matéria.

18. (UFPA) A realização de experiências com descargas elétricas em tubo de vidro fechado contendo gás a baixa pressão produz os raios catódicos. Esses raios são constituídos por um feixe de: a) nêutrons. b) partículas α (alfa). c) raios X. d) prótons. e) elétrons.

19. (ITA-SP) Considerando a experiência de Rutherford, assinale a alternativa falsa: a) A experiência consistiu em bombardear películas metálicas delgadas com partículas alfa. b) Algumas partículas alfa foram desviadas do seu trajeto devido à repulsão exercida pelo núcleo positivo do metal. c) Observando o espectro de difração das partículas alfa, Rutherford concluiu que o átomo tem densidade uniforme. d) Essa experiência permitiu descobrir o núcleo atômico e seu tamanho relativo. e) Rutherford sabia antecipadamente que as partículas alfa eram carregadas positivamente.

20. (Vunesp) Dentre as alternativas a seguir, indicar a que contém a afirmação correta. a) Dois átomos que possuem o mesmo número de nêutrons pertencem ao mesmo elemento químico. b) Dois átomos com o mesmo número de elétrons em suas camadas de valência pertencem ao mesmo elemento químico. c) Dois átomos que possuem o mesmo número de prótons pertencem ao mesmo elemento químico. d) Dois átomos com iguais números de massa são isótopos. e) Dois átomos com iguais números de massa são alótropos.

21. (UFMG) Com relação ao modelo atômico de Bohr, a afirmativa FALSA é:

180

a) cada órbita eletrônica corresponde a um estado estacionário de energia. b) o elétron emite energia ao passar de uma órbita mais interna para uma mais externa. c) o elétron gira em órbitas circulares em torno do núcleo. d) o elétron, no átomo, apresenta apenas determinados valores de energia. e) o número quântico principal, n, está associado à energia do elétron.

22. (UFU-MG) Dalton, Thomson, Rutherford e Bohr são cientistas que contribuíram, significativamente, para o desenvolvimento da teoria atômica. Em relação à estrutura atômica, assinale com (V) a(s) alternativa(s) verdadeira(s) e com (F) a(s) falsa(s). 1) Dalton postulou, baseado em evidências experimentais, que o átomo era uma “bolinha” extremamente pequena, maciça e divisível. 2) Os resultados dos experimentos de descargas elétricas em gases rarefeitos permitiram a Thomson propor um modelo atômico constituído de cargas negativas e positivas. 3) Experimentos de bombardeamento de uma placa de ouro com partículas alfa levaram Rutherford a propor um modelo atômico em que o átomo era constituído de um núcleo e uma eletrosfera de iguais tamanhos. 4) A interpretação dos estudos com espectros do hidrogênio levou Bohr a propor que o átomo possui órbitas definidas por determinadas energias. 5) No modelo atômico de Bohr, os diversos estados energéticos, para os elétrons, foram chamados camadas ou níveis de energia.

23. (UFMG) A representação do átomo de hidrogênio a seguir pretende evidenciar uma característica do modelo atômico atual. Qual alternativa apresenta essa característica?

a) Baixa velocidade de um elétron em sua órbita. b) Forma circular das órbitas eletrônicas. c) Impossibilidade de se definir a trajetória de um elétron.


24. (lTA-SP-Adaptado) Com relação às duas configurações de um mesmo átomo: I – 1s2 2s2 2p6 3s1 II – 1s2 2s2 2p6 6s1 Identifique a alternativa falsa.

a) É necessário fornecer energia para passar de I para II. b) A passagem de II para I emite radiação eletromagnética. c) I representa a configuração eletrônica dos átomos de sódio não excitado. d) O átomo apresenta um elétron na camada de valência. e) I e II representam eletrosferas de elementos diferentes.

CAPÍTULO

d) Presença de numerosos elétrons no átomo neutro. e) Proporção dos tamanhos do próton e do elétron.

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Modelos e teorias b Ao longo dos séculos foram propostos diferentes modelos para explicar a constituição da matéria. À medida que o conhecimento científico e a tecnologia evoluem, os modelos sobre a constituição da matéria também evoluem.

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b O primeiro modelo sobre a constituição da matéria foi proposto pelo filósofo grego Demócrito e seu discípulo, Leucipo: a matéria não poderia ser dividida infinitamente, sendo formada por partículas diminutas denominadas átomos.

Modelos atômicos b Com base em trabalhos científicos, Dalton propôs que toda matéria seria formada por átomos maciços e indivisíveis que teriam massa específica para cada elemento químico. b J. J. Thomson propôs um modelo segundo o qual os átomos seriam esferas positivas incrustadas de cargas negativas, denominadas elétrons. b Ernest Rutherford propôs um modelo segundo o qual os átomos seriam constituídos por duas regiões distintas, o núcleo (partículas com carga positiva) e a eletrosfera (elétrons – carga negativa). b Niels Bohr propôs um modelo atômico segundo o qual os elétrons giram em torno do núcleo, em órbitas fixas circulares chamadas níveis de energia. Para mudar de órbita, os elétrons emitem ou absorvem energia. b O surgimento da Mecânica Quântica permitiu uma compreensão sobre a estrutura da matéria e o surgimento de novos modelos para o átomo. b O número atômico (Z) de um átomo corresponde a seu número de prótons e o identifica como elemento químico. b Átomos de um elemento químico são caracterizados pelo número de prótons. Cada nuclídeo de um elemento químico possui um valor de massa. Os diferentes nuclídeos de um mesmo elemento são denominados isótopos.

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UNIDADE

Ruy Barbosa Pinto/Flickr Open/Getty Images

Agricultura

Zona rural de Goiรกs, Brasil.

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3


Como produzir alimentos para toda a população do planeta, preservando o seu ambiente? Capítulo 6 Classificação periódica

Capítulo 7 Ligações químicas

Capítulo 8 Substâncias inorgânicas

1. Ligação iônica 2. Regra do octeto 3. Representação das substâncias iônicas 4. Ligação covalente 5. Tipos de ligação covalente 6. Fórmula estrutural 7. Constituintes moleculares e amoleculares 8. Representação geométrica das moléculas 9. Polaridade das moléculas 10. Ligação metálica

1. Interações entre constituintes 2. Forças intermoleculares 3. Substâncias inorgânicas 4. Ácidos e bases 5. Teorias de ácidos e bases 6. Nomenclatura de ácidos e bases 7. A neutralização de ácidos e bases – sais 8. Óxidos

Temas em foco:

Tasso Marcelo/Agência Estado

1. Elementos químicos: síntese, descoberta e simbologia 2. Breve histórico da classificação dos elementos 3. Classificação moderna dos elementos químicos 4. A Lei Periódica 5. Propriedades periódicas

• Química e agricultura • Produção de alimentos e ambiente: faces da mesma moeda • Agricultura sustentável: opção inteligente

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Capítulo 6

CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA Como são dispostos os elementos químicos na tabela periódica? Como o estudo dos elementos químicos tem contribuído para o aumento da produção agrícola?

Tema em foco Ilustrações: Osvaldo Sequetin

QUÍMICA E AGRICULTURA

Com o crescimento populacional houve a necessidade de maior produção de alimentos e expansão das áreas cultivadas. No entanto, nos últimos séculos, ocorreu um acelerado processo de urbanização que diminuiu o espaço rural, justamente onde se produzem os alimentos. Esse movimento, porém, não impediu que a produtividade aumentasse em grande escala, graças aos conhecimentos e processos químicos.

Os primeiros seres humanos eram nômades, isto é, mudavam-se constantemente em busca de alimentos. Tinham com a terra uma relação descompromissada, permaneciam nela apenas enquanto podiam retirar da natureza o suficiente para seu sustento. Quando os recursos diminuíam, partiam para outro lugar. Até que começaram a controlar o espaço produtivo do solo num período rotativo entre plantio e colheita. Com o solo recebendo os cuidados necessários, seus recursos não se esgotavam e, assim, se podia ficar mais tempo no mesmo lugar. A relação ficou, portanto, mais duradoura.

184


CAPÍTULO

Para cuidar da terra, foi preciso criar técnicas e instrumentos de trabalho. Assim, surgiu a agricultura, por volta de 10 000 anos atrás. A princípio, havia apenas a agricultura familiar: pequenas propriedades, com famílias que aravam e semeavam a terra artesanalmente. Contava-se apenas com ferramentas rudimentares e, às vezes, com a ajuda de animais. Com a fixação humana em núcleos de produção agrícola, surgiu o processo de urbanização e o crescimento da população ocorreu em função do aumento da capacidade de produzir e distribuir alimentos. Se não tivéssemos desenvolvido a agricultura, hoje não existiriam as sociedades. O estabelecimento das civilizações só foi possível a partir do momento em que grupos de pessoas se fixaram em determinados locais e começaram a se organizar. Uma das primeiras grandes civilizações se estabeleceu ao lado do rio Nilo, no solo fertilizado pela água rica em nutrientes que invadia as margens durante os meses de chuva. No Brasil, muitas cidades também surgiram a partir do desenvolvimento agrícola. Nas quatro primeiras décadas de colonização, o açúcar era importado da Europa e, por isso, muito caro. Então, iniciou-se a exploração econômica da cana-de-açúcar nas terras litorâneas do Nordeste. No solo negro e nutritivo chamado massapé (ou massapê), a cana se desenvolveu e gerou riqueza, determinando o início de um período econômico decisivo para a história do Brasil. A formação de cidades com base em potenciais agrícolas ainda acontece em algumas regiões brasileiras, principalmente no Norte e no Centro-Oeste. No século XX, o crescimento populacional foi explosivo, proporcional aos avanços tecnológicos que permitiram a irrigação, a mecanização da agricultura, a utilização de fertilizantes e pesticidas químicos. A demanda pelo aumento da produtividade agrícola implicou o desenvolvimento de novas tecnologias. A nova ordem se fez e os sistemas de produção foram modificados. As lavouras foram mecanizadas e os insumos agrícolas, usados com mais frequência. Esse desenvolvimento, que colocou mais comida na mesa das pessoas, teve contribuição significativa da Química. Hoje, a produção agrícola é um investimento de grande rentabilidade, controlado por poderosos grupos empresariais. Passamos, assim, da agricultura familiar para o agronegócio, cuja lucratividade depende da Química, que se tornou um recurso valioso nas mãos de quem quer fazer da terra um precioso investimento! Vejamos como a Química encontrou subsídios para ser uma das mais importantes ferramentas do agricultor.

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Os elementos químicos e os vegetais

Javiergil/Dreamstime.com

Uma lavoura é como um laboratório de Química em franca produção. Afinal, os vegetais são constituídos de substâncias formadas por átomos de vários elementos químicos retirados do solo. Os átomos desses elementos são indispensáveis para o crescimento e o desenvolvimento dos vegetais. Por essa razão, é fundamental conhecer a função e a disponibilidade desses elementos químicos em relação aos vegetais a fim de ter condições de interferir de maneira positiva no desenvolvimento de novas tecnologias que venham aumentar a produtividade e melhorar a qualidade da lavoura.

Nos países mais ricos, máquinas passaram a representar quase 90% da força utilizada na agricultura. Para aumentar a produção, as grandes fazendas passaram a se dedicar apenas a um tipo de produto. É o que chamamos monocultura.

185


CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA

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FUNÇÃO DOS ÁTOMOS E SUAS SUBSTÂNCIAS NOS VEGETAIS

Cálcio (Ca)

Base da nutrição vegetal, fortalece as raízes e as paredes das células. Mantém o equilíbrio químico, deixando passar para o interior da planta somente íons e moléculas necessários.

Nitrogênio (N)

O mais importante dos nutrientes das plantas: contribui para sua formação como um dos constituintes das proteínas. Essencial para a utilização do carboidrato, estimula o crescimento e o desenvolvimento das raízes.

Fósforo (P)

Importante na formação das raízes, das flores e dos frutos.

Potássio (K)

Estimulante de diversas enzimas fundamentais nos vegetais. Auxilia a captação de água pelas células da raiz. Essencial na fotossíntese, aumenta a resistência da planta a pragas e doenças.

Magnésio (Mg)

Constituinte da clorofila.

Enxofre (S)

Essencial para o crescimento das plantas, desempenha papel específico no seu metabolismo.

Ferro (Fe)

Um dos constituintes da proteína ferredoxina, que participa da fixação do nitrogênio, é também importante na formação da clorofila.

Manganês (Mn)

Ativa enzimas importantes na fotossíntese, no metabolismo e na assimilação do nitrogênio. Acelera a germinação.

Boro (B)

Ativa enzimas responsáveis pelo transporte de açúcares e pela síntese de ácidos nucleicos e hormônios vegetais, permitindo a divisão das células e o desenvolvimento das plantas. Sua deficiência causa má-formação dos grãos.

Molibdênio (Mo)

Presente em enzimas, é essencial para a assimilação e a fixação do nitrogênio.

Cobre (Cu)

Existente em várias enzimas importantes para a fotossíntese e para o metabolismo das proteínas e dos carboidratos.

Zinco (Zn)

Presente em diversas enzimas, promove a formação de hormônios e do amido, além de possibilitar a produção e a maturação das sementes.

Cloro (Cl)

Existente na clorofila, é de vital importância para o desenvolvimento das plantas.

Cobalto (Co)

Essencial para a fixação do nitrogênio; é um dos constituintes da vitamina B12.

Paulo Cesar Pereira

ELEMENTOS QUÍMICOS


CAPÍTULO

Existem 17 elementos químicos cujos átomos são considerados essenciais para o crescimento dos vegetais. Eles constituem os tecidos dos vegetais e são classificados em macronutrientes e micronutrientes, sendo os primeiros consumidos pelos vegetais em larga escala e os segundos em pequenas quantidades. Os átomos de carbono (C), de hidrogênio (H) e de oxigênio (O) constituem a maior parte dos tecidos vivos e são obtidos por meio do gás carbônico (CO2) e da água absorvidos pelos vegetais. Conhecendo a função de cada elemento na nutrição vegetal (veja quadro na página anterior), podemos determinar as necessidades nutricionais de cada cultura.

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Pense

4

Como os macro e micronutrientes chegam até os vegetais?

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O húmus é um adubo natural importantíssimo para a fertilidade do solo.

8

Hely Demutti

Os átomos dos elementos químicos necessários para o desenvolvimento dos vegetais (macro e micronutrientes) estão presentes em diversas substâncias compostas, as quais estão dissolvidas no solo e são absorvidas pelos vegetais por meio de suas raízes. Para os agricultores, solo é o ambiente natural onde crescem os vegetais, o qual corresponde à camada mais superficial da crosta terrestre, também chamada litosfera, que corresponde à camada mais externa do globo terrestre (vai de 0 a 120 km de profundidade). A palavra solo origina-se do latim solum, que significa “base, “chão”, “superfície de terra”. Essa camada superficial é constituída por minerais e se caracteriza por abrigar uma infinidade de seres vivos, como minhocas, bactérias e fungos, que atuam na decomposição de folhas, animais mortos e todos os tipos de resíduos, resultando em um material denominado húmus. É a presença dessa matéria orgânica em decomposição (húmus) que determina a profundidade do solo. O solo é originado da decomposição das rochas. A crosta terrestre é constituída por materiais denominados minerais. Da água ao petróleo, existe uma imensa gama de materiais que podem receber essa denominação. Os minerais geralmente apresentam-se unidos em blocos maciços, que recebem o nome rochas. A decomposição das rochas produz o que denominamos terra. Extensas camadas de terra encobrem as camadas rochosas da crosta terrestre. As mais profundas sobre as rochas correspondem ao subsolo e as mais superficiais, ricas em húmus, ao solo. atmosfera litosfera manto núcleo externo núcleo interno

J. Yuji/Nasa

solo

AMj Studio

hidrosfera

subsolo

rochas

É sobre a fina “casquinha” da Terra que nós vivemos.

A decomposição das rochas deu origem aos solos.

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Marcos Michael/JC Imagem

Dependendo da origem de suas rochas, os solos terão propriedades físico-químicas diferentes e serão mais adequados para determinado tipo de cultura. No Brasil, existem diferentes tipos de solo, conforme se pode ver no quadro a seguir.

Massapê: solo argiloso, rico em matéria orgânica em decomposição, comum na Zona da Mata do Nordeste.

João Prudente/Pulsar Imagens

Hely Demutti

Terra roxa: comum em São Paulo e no Paraná, é um solo profundo de cor vermelho-escura (os italianos chamavam de terra rossa). Tem altos teores de óxido de ferro, titânio e manganês.

Processos de desertificação ocorreram em vários países do mundo. Áreas onde o homem, com o uso inadequado e/ou intensivo da terra, destruiu os recursos e transformou terras férteis em desertos ecológicos e econômicos.

Alexandro Auler/JC Imagem

CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA

Latossolo: pode se apresentar na cor vermelha ou amarela. É um solo rico em nutrientes, moderadamente drenado (retém uma quantidade média de água) e muito profundo (mais ou menos 2 metros). No latossolo vermelho, predominam óxidos de ferro e, no amarelo, óxidos de alumínio.

Jacek Iwanicki/kino.com.br

OS PRINCIPAIS TIPOS DE SOLO DO BRASIL

A irrigação malconduzida provoca a salinização, problema que compromete o solo, podendo torná-lo improdutivo.

Marcos Michael/JC Imagem

Erosão é um processo natural, mas, acelerado pela ação do homem, pode causar a destruição de enormes áreas.

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A falta de conhecimento mais específico da natureza dos solos e a forma de conservá-los podem gerar sérios problemas ambientais, sociais e econômicos. O uso do solo exaustivamente e sem a utilização de técnicas adequadas de conservação compromete a produtividade e reflete-se diretamente na situação econômica do agricultor. A história nos conta alguns exemplos: a tentativa de expansão acelerada da produção agrícola para a intensificação da colonização de territórios na América do Norte, Central e do Sul, África do Sul, Rússia e Sibéria deixou marcas irreparáveis; terrenos abandonados nos EUA, União Soviética, China, Índia e África não tinham condições adequadas para a agricultura e não deveriam ser usados para esse fim. Tal atitude provocou a destruição da cobertura vegetal natural, a deterioração e a erosão dos solos, o que, em algumas regiões, provocou a trágica desertificação. No Brasil, os fazendeiros do Vale do Paraíba (SP), por não conhecerem a natureza do solo da região nem usarem técnicas para sua conservação, levaram essas terras ao esgotamento, com prejuízos à produção de café. Problemas semelhantes ocorreram na Amazônia. Agricultores oriundos do Sul do Brasil tentaram desenvolver uma agricultura nos moldes das terras de origem e, como resultado, geraram imensas áreas improdutivas. É a destruição pela falta de conhecimento!


AMj Studio

Nitrogênio na atmosfera (N2)

CAPÍTULO

Esquema do ciclo do nitrogênio Fixação

1 2

Plantas Bactérias fixadoras de N2 nos nódulos de raízes leguminosas

3 Nitratos (NO3– )

Decompositores

(fungos e bactérias aeróbicas e anaeróbicas)

Bactérias nitrificantes

Amonificação Bactérias fixadoras de N2 no solo

Nitritos (NO2– )

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Bactérias desnitrificantes

6 7

Amônio (NH4+ ) Bactérias nitrificantes

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Sergio Ranalli/Pulsar Imagens

Hely Demutti

A reposição de nutrientes dos vegetais ao solo ocorre naturalmente num processo cíclico, no qual eles são devolvidos após a morte e a decomposição dos vegetais. No entanto, no cultivo de lavouras, em virtude da colheita, os nutrientes saem desse sistema, isto é, são exportados com os alimentos comercializados, e o ciclo se rompe. Com o passar do tempo, o solo perde nutrientes e empobrece. O agricultor costuma dizer que o solo ficou “cansado”. Para repor os nutrientes, é adotada a prática da adubação, a qual consiste no fornecimento de nutrientes para os vegetais, por meio de materiais orgânicos (restos de vegetais, estrume de gado, entre outros) ou de sais minerais. A reposição de nutrientes via adubação é uma importante prática agrícola para garantir o aumento da produtividade. Ela é determinada com base em estudos sobre a diferença entre a quantidade de nutrientes que cada vegetal necessita e a que está disponível no solo. Portanto, a determinação da adubação vai depender da fertilidade do solo, ou seja, da quantidade e variedade dos macro e micronutrientes disponíveis para os vegetais, o que é feita por meio de análises químicas desenvolvidas em laboratórios. Os adubos orgânicos são Tradicionalmente, a adubação tem sido feita seguindo o processo natural de reposição essenciais para a lavoura, dos nutrientes, pela incorporação da matéria orgânica que retirou os elementos do solo. Essa pois, além de fornecerem adubação é chamada adubação orgânica ou adubação natural. Adubos orgânicos nutrientes às plantas, enriquecem o solo com seres são aqueles formados por matéria de origem animal ou vegetal decomposta ou em estado vivos (bactérias, insetos) que de decomposição, por exemplo, estercos, farinhas e bagaços. Eles são ricos em alguns exercem importante função macronutrientes e incorporam, em doses mínimas, micronutrientes. Além disso, aumentam no solo. Sua utilização favoa flora bacteriana e a microfauna, essenciais na formação do húmus, considerado um adubo rece o estabelecimento do natural importantíssimo para a fertilidade do solo, pois oferece condições para aumentar equilíbrio dinâmico entre a a disponibilidade dos nutrientes aos vegetais. planta e o meio ambiente.

As análises de solo feitas em laboratórios especializados são mais eficientes do que a experiência do agricultor, pois indicarão precisamente se a terra carece de algum tipo de nutriente.

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Hely Demutti

Zaharov/Dreamstime.com

CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA

A prática indiscriminada de queimada de pastos, além de provocar prejuízos à flora e à fauna, contribui para a destruição de matéria orgânica do solo, retirando dele nitrogênio e empobrecendo-o.

A ureia é um excelente fertilizante, pois fornece às plantas um importante macronutriente: o nitrogênio, que responde pela cor verde-escura das folhas e estimula o crescimento das raízes.

Uma outra prática de adubação extensivamente adotada pelo agronegócio consiste na reposição dos nutrientes via sais minerais que contêm os nutrientes em quantidades previamente determinadas. Essa prática, apesar de antiga, tornou-se mais sistemática com o processo de industrialização em que são sintetizados ou purificados nas indústrias esses sais. Dada a sua origem na indústria química, essa adubação tem sido chamada adubação artificial, ou adubação química, ou, ainda, adubação inorgânica. Adubos inorgânicos ou químicos são os obtidos com base na extração mineral ou O tipo de adubo mais co- no refino de petróleo. É o caso de fosfatos, cloretos, carbonatos, sulfatos e salitre do chile. mum é conhecido por NPK Essas substâncias produzem um efeito rápido, disponibilizando os nutrientes na forma de e tem em sua composição íons, que podem ser facilmente absorvidos pelas raízes das plantas. substâncias que contêm os Esses produtos normalmente têm uma composição química definida, o que permite a macronutrientes: nitrogênio (N), fósforo (P) e potás- realização de cálculos mais precisos para determinar a quantidade necessária para cada sio (K). A composição dos caso. O processo de adubação química deve ser matematicamente calculado, o que é adubos NPK é expressa fundamental para evitar desastres ambientais. O uso excessivo desse tipo de adubação por três números que re- pode mudar a composição química do solo, tornando-o menos produtivo a longo prazo presentam as percenta- e provocando danos ao ecossistema.

Hely Demutti

gens em massa de átomos de cada um dos constituintes principais. Assim, um adubo NPK 10-10-10 contém, em massa, 10% de nitrogênio, 10% de fósforo e 10% de potássio.

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Pense Qual é o melhor tipo de adubo?

Os ambientalistas não pensam duas vezes: defendem a adubação orgânica. A adubação orgânica dispensa o uso de substâncias artificiais para o preparo do solo para plantio. Eles argumentam que esse tipo de adubação se aproxima dos processos naturais e traz menos riscos ao ambiente, possibilitando o desenvolvimento de alimentos mais saudáveis. Há quem defenda o adubo químico; eles contra-argumentam que a adubação orgânica só é viável para pequenas lavouras e que ela não é isenta de riscos, sobretudo porque utiliza fezes de animais que podem estar contaminadas por agentes infecciosos. Já a adubação química favorece a produção em grande escala. E, como está diretamente relacionada com o aumento da produtividade, diminui preço para o produto final, o que significa alimento na mesa de todos! Como alternativa, pode-se usar a técnica de compostagem de cascas de legumes ou restos de vegetais, que é preparada cobrindo-se esses resíduos com uma fina camada de terra. Após certo tempo, o material transforma-se num rico adubo orgânico livre da contaminação. Outra maneira bastante inteligente de compensar os efeitos negativos de cada método de adubação é adotar uma combinação equilibrada de todos eles.


CAPÍTULO

De qualquer forma, para uma boa adubação, é necessário conhecimento mais preciso das propriedades do solo. E aí a Química tem uma contribuição grande, nos estudos desenvolvidos por engenheiros agrônomos, biólogos, químicos e outros profissionais. Esses estudos têm sido feitos, no Brasil, por vários institutos de pesquisa, entre eles se destaca a Embrapa. Os resultados de suas pesquisas contribuíram de forma significativa para o aumento da produtividade agrícola. Por exemplo, o Centro-Oeste, cujo solo de cerrado que era considerado pobre para agricultura, hoje se destaca no mundo como campeão na produção de grãos, graças aos resultados de estudos sobre esse tipo de solo, bem como ao melhoramento genético de variedades de culturas adaptadas a ele.

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Wally Eberhart/Getty Images

4

Um método de adubação natural, também chamado adubação verde: o plantio de leguminosas, como o feijão, serve para tornar o solo mais fértil, pois essas plantas possuem nódulos repletos de bactérias fixadoras de nitrogênio. Sua cultura deixa o solo preparado com nutrientes para as demais culturas.

Debata e entenda

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FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

1. Com o desenvolvimento tecnológico ocorreram muitas mudanças no setor de produção agrícola. Com base no texto, enumere essas transformações e suas consequentes implicações sociais.

2. Por que os egípcios se fixaram à beira do rio Nilo? 3. De que forma os conhecimentos químicos contribuem para informações sobre a fertilidade do solo? 4. Considerando o que foi estudado no Tema em foco, julgue os itens, marcando C para os certos e E para os errados. 1) Um dos fatores que podem levar o solo à escassez de nutrientes é o cultivo da monocultura por um longo período. 2) As queimadas empobrecem o solo, uma vez que retiram parte de seus componentes. 3) Os adubos NPK contêm os elementos nitrogênio, fósforo e potássio igualmente distribuídos em suas fórmulas. 4) A adubação pode ser feita com qualquer tipo de adubo, pois o importante é repor os nutrientes dos vegetais.

5. Como pode ser determinada a quantidade de adubo inorgânico que deve ser adicionado ao solo? 6. Quais são os principais problemas que o uso intensivo e inadequado do solo pode gerar? 7. De acordo com o texto, enumere pontos positivos e negativos da adubação orgânica e da adubação inorgânica. 8. Quando alguém afirma que: “Os adubos orgânicos são mais eficientes e melhores por não possuírem química, diferentemente dos fertilizantes industrializados”, qual é o erro conceitual que comete com essa frase?

9. Cite exemplos de mudanças tecnológicas provenientes da indústria química que contribuíram para o desenvolvimento da agricultura.

10. Com o desenvolvimento tecnológico atual, a agricultura depende tanto do estabelecimento de lavouras próximas aos rios quanto dependia no passado? Por quê?

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1 ELEMENTOS QUÍMICOS: SÍNTESE,

CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA

DESCOBERTA E SIMBOLOGIA MASSA MÉDIA DE ÁTOMOS DE ELEMENTOS QUÍMICOS EM 1 KG DE TERRA Elemento químico

Massa média em 1 kg de terra

Oxigênio Silício Alumínio Ferro Cálcio Potássio Sódio Magnésio Titânio Hidrogênio

460 g 270 g 82 g 63 g 50 g 29 g 23 g 23 g 6,6 g 1,5 g

O

s macro e micronutrientes essenciais aos vegetais são átomos de elementos químicos que são absorvidos pelos vegetais na forma de diferentes substâncias, como sais minerais, que se encontram misturadas ao solo. Como já sabemos, o solo é um material constituído por uma mistura de minerais e matéria orgânica. Na litosfera, estão presentes cerca de 4 000 minerais conhecidos. A maior parte desses é classificada como silicatos, por conter substâncias constituídas por átomos de silício, oxigênio e um ou mais metais. Átomos de dez elementos constituem a maior parte da massa da litosfera (veja tabela ao lado). Além de átomos desses elementos, são encontrados átomos de um pouco mais de 70 elementos químicos em todos os minerais conhecidos.

Pense Se todos os materiais naturais conhecidos são formados por substâncias constituídas aproximadamente de 90 elementos químicos, como é possível termos mais de 4 000 minerais diferentes?

Na verdade, a composição de todo e qualquer material, seja de origem mineral ou animal, corresponde à soma de diversas substâncias. Já, todas as substâncias são constituídas, na maioria das vezes, pela combinação de átomos de diferentes elementos químicos ou do mesmo elemento químico, ou, ainda, em alguns poucos casos, por átomos isolados de alguns elementos químicos. Ou seja, tudo no Universo é resultante de átomos de elementos químicos ou da sua combinação. Desse conhecimento, fica clara a resposta a uma pergunta que alguns, às vezes, se fazem: O que a Cosmologia tem a ver com a Química? As duas ciências parecem opostas. Enquanto a Cosmologia trata da natureza dos imensos astros do cosmos, a Química se debruça sobre estruturas microscópicas de substâncias e suas interações. No entanto, essas duas ciências estão intimamente ligadas. Não dá para entender o Universo sem estudar as partículas da matéria. Afinal, o Universo é formado por matéria e toda matéria é formada por átomos.

Pense O que surgiu primeiro: os átomos dos elementos químicos ou o Universo?

Big bang : uma teoria sobre a origem do Universo Uma das teorias mais aceitas sobre a formação do Universo é a do big bang. Segundo essa teoria, há uns 15 bilhões de anos teria ocorrido uma grande concentração da matéria e da energia cósmica. Dentro desse “bolo” de matéria condensada, a temperatura começou a subir, a subir, até que… Bum! Aconteceu a grande explosão – o big bang. Vestígios dessa explosão fenomenal têm sido identificados por várias medições astrofísicas que fornecem informações sobre as mudanças sofridas pela matéria original do Universo logo após o ocorrido. Uma delas refere-se à composição química homogênea do Universo, em que a

192


CAPÍTULO

Representação do big bang : a grande explosão teria espalhado partículas de matéria para todo lado. Aos poucos, essas partículas se combinaram e formaram núcleos, átomos e moléculas, que, por sua vez, formaram os materiais dos corpos e astros celestes.

1 2 3 4 5 Paulo Cesar Pereira

relação das massas de átomos de hidrogênio e hélio é de 3:1 (3 g de H para cada 1 g de He). Mas como era a constituição da matéria antes da explosão? Vejamos algumas das ideias desenvolvidas pelo físico ucraniano George Gamow [1904-1968] e seus colaboradores, a partir dos dados obtidos sobre o que ocorreu após o big bang. Os três primeiros minutos de vida do Universo:: esse é o título do livro do físico norte-americano Steven Weinberg (Gradiva, 1987). E não é mera linguagem poética. Para a Física, os três primeiros minutos de vida do Universo foram decisivos para a criação dos átomos dos elementos químicos. Segundo a teoria do big bang, o Universo expandiu-se e resfriou-se logo após a explosão. Apenas 10 –43 segundos depois da explosão, a temperatura do Universo seria de 1032 kelvins, algo comparado a 10 trilhões de trilhões de vezes mais quente do que o interior do Sol. A um milionésimo de segundo da explosão, com a temperatura reduzida à metade, a matéria era constituída por uma massa de partículas subatômicas, como elétrons e quarks. Cerca de um centésimo de milésimo de segundo após, os quarks deixariam de existir como partículas livres e se associariam, formando os prótons e nêutrons. Nos três minutos seguintes, ocorreria, finalmente, a nucleossíntese, ou seja, a união de partículas nucleares – prótons e nêutrons –, formando núcleos atômicos. Segundo Gamow, durante os primeiros 300 mil anos de vida do Universo, os elétrons, prótons e nêutrons formados moveram-se desordenadamente. Nas condições de elevada temperatura desse período, era impossível ocorrer combinações necessárias para constituir átomos eletricamente neutros. Quando a temperatura caiu a alguns milhares de kelvins, os elétrons começaram a entrar em órbita ao redor dos núcleos produzidos, constituindo átomos de hidrogênio. Depois da elaboração destes, iniciou-se a formação do deutério (átomo de hidrogênio que possui núcleo com maior massa).

6 7 8

Linha do tempo da formação dos elementos químicos Tempo 1s

15 s

3 min e 15 s

400000 anos

2 bilhões de anos

5 bilhões de anos

15 bilhões de anos

Temperatura 1032 K

1010 K

1010 K

1010 K

4000 K

20 K

< 20 K

2,7 K

Eventos partículas subatômicas

prótons e nêutrons

núcleos de hélio

núcleos de deutério

primeiros átomos

primeiras estrelas

primeiras galáxias

vida na Terra

A

B

C

E

F

G

H

Ilustrações: J. Yuji

Ilustrações fora de escala de tamanho. Cores ilustrativas.

0

D

A grande explosão teria espalhado partículas de matéria para todo lado. Aos poucos, essas partículas se combinaram e formaram núcleos, átomos e moléculas, que, por sua vez, formaram os materiais dos corpos e astros celestes.

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CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA Maximilien Brice/CERN

Os estudos em desenvolvimento no acelerador de partículas do Centro Europeu de Pesquisa Nuclear permitem uma maior compreensão da natureza das partículas que originaram o Universo e o desenvolvimento de novas tecnologias. Genebra, Suíça, 2007.

Os cientistas acreditam que os átomos dos diferentes elementos químicos tenham sido formados a partir de átomos de hidrogênio. Reações de fusão de átomos menores produziram átomos mais complexos, cujos núcleos atômicos têm maior quantidade de partículas, constituindo outros elementos. Essas reações de fusão liberam quantidades tão grandes de energia que, se comparadas, fariam as bombas de Hiroshima e Nagasaki parecerem fogos de artifício. Todos esses estudos estão sendo desenvolvidos por físicos dedicados a pesquisas que buscam desvendar as leis que regem o comportamento das partículas no microcosmo atômico. Para o desenvolvimento dessas teorias, são necessários altos investimentos em pesquisa, como os feitos em aceleradores de partículas. Nesses aceleradores, as partículas subatômicas são aceleradas, e medidas físicas do seu comportamento fornecem dados que permitem a análise das teorias existentes, além de possibilitar novas interpretações. Conhecendo-se melhor a natureza do comportamento das subpartículas, uma infinidade de novas tecnologias poderá ser desenvolvida. Por isso, a entrada em funcionamento, em setembro de 2008, do maior acelerador de partículas do mundo, construído pelo Centro Europeu de Pesquisa Nuclear (Cern), localizado na fronteira entre Suíça e França, causou um grande furor na mídia. Esse acelerador tem 27 quilômetros de circunferência e está a uma profundidade de 100 metros da superfície, equipado com grandes ímãs supercondutores. Os resultados dos estudos desse laboratório estão permitindo uma compreensão melhor da origem do Universo e o desenvolvimento de novas tecnologias. O que tornou mais notório esse acontecimento foram conjecturas levantadas sobre possíveis consequências dessas experiências. Certamente, exaltações e previsões catastróficas sensacionalistas foram difundidas, mas o fato é que riscos sempre existem e toda sociedade deve estar sempre vigilante a essas ações. Afinal, por meio de estudos semelhantes a esse – como o Projeto Manhattan – os Estados Unidos desenvolveram as bombas atômicas que, lançadas sobre o Japão, mataram centenas de milhares de pessoas na Segunda Guerra Mundial.

Átomos de elementos químicos naturais: o “alfabeto” da matéria Com a criação de átomos de diferentes elementos químicos, a história do Universo estava apenas no início. Os átomos começaram a se combinar, formando os constituintes das primeiras substâncias. Surgiram as estrelas e os planetas. Assim nasceu a Terra: resultado de transformações milenares incessantes, ocorridas com a combinação das partículas primordiais, que constituíram os átomos dos diferentes elementos químicos, os quais, por meio de reações químicas, se combinaram em diferentes proporções, formando toda a matéria que nos rodeia. O surpreendente é que a infinita variedade de materiais existentes resultou da combinação de átomos de um número reduzido de elementos químicos. Atualmente, foram identificados 93 elementos químicos naturais. Por isso, a analogia entre átomos dos elementos químicos e o alfabeto. As letras dão origem às palavras. Os átomos dos diferentes elementos químicos são unidades que, agrupadas em diferentes proporções, originam todas as substâncias, levando em conta obviamente que as regras de união das letras para formar palavras são totalmente diferentes das que unem os átomos para formar substâncias.

194


Hely Demutti

O enxofre, substância simples, é encontrado na natureza na forma de cristais produzidos pelo resfriamento de lavas vulcânicas. Sua constituição: átomo de enxofre (S).

CAPÍTULO

Os filósofos e cientistas sempre tentaram identificar as partículas primordiais do Universo. É claro que, sem as informações e a tecnologia desenvolvida nos últimos séculos, era mesmo impossível identificá-las. Mas, mesmo sem entender o princípio da constituição da matéria, os nossos antepassados já conheciam muitas das substâncias simples (substâncias formadas por átomos de apenas um elemento químico). Apesar de ainda estarmos à procura do entendimento das partículas primordiais e de como essas levaram à formação dos átomos, já conhecemos muito sobre a origem dos materiais do Universo. Portanto, estudar a origem dos átomos dos diferentes elementos químicos e suas combinações é decifrar um pouco do enigma da matéria.

1 2 3 4

6 Substâncias simples do elemento químico carbono são encontradas na natureza nas formas alotrópicas grafite e diamante.

Átomos de elementos sintetizados artificialmente O desenvolvimento científico e tecnológico possibilitou a identificação de átomos dos elementos químicos naturais e foi além: permitiu sintetizar, ou seja, fabricar em laboratório, átomos de elementos químicos não encontrados na superfície da Terra, os chamados elementos artificiais. Eles são produzidos com base na fusão de núcleos atômicos. Só que os núcleos desses átomos sintetizados artificialmente são instáveis e, logo que são produzidos, desintegram-se em outros átomos com núcleos mais estáveis. A maioria dos átomos é estável, ou seja, as partículas de seus A síntese artificial de átomos de alguns elementos químicos núcleos estão unidas por forças de atração que se sobrepõem às trouxe contribuições significativas para a sociedade. Substâncias formadas por átomos de tecnécio são muito de repulsão, mantendo a mesma estrutura ao longo do tempo. utilizadas na medicina nuclear. Pequenas quantidades Já nos átomos instáveis, o alto número de prótons e nêutrons de átomos desse elemento radioativo são injetadas no pode criar desequilíbrio entre as forças de atração e repulsão, paciente e se fixam no órgão a ser estudado, permitindo ocasionando a desintegração dos núcleos. Essa desintegração a obtenção de imagens com grande detalhamento. produz núcleos diferentes dos originais, constituindo átomos de elementos químicos distintos. Por exemplo: o átomo de urânio, que tem 92 prótons no núcleo, é instável. Ele pode se desintegrar, originando dois novos átomos: um átomo de estrôncio, com 38 prótons, e um de xenônio, com 54. Na realidade, é justamente por causa da instabilidade que os átomos desses elementos não são encontrados na crosta terrestre. Os átomos dos elementos transurânicos, elementos de número atômico superior ao do urânio ( 92U) são artificiais – com exceção do netúnio ( 93Np) e do plutônio ( 94Pu). Além desses, o tecnécio ( 43Tc) também é classificado como elemento artificial.

7

Pasieka/Science Photo Library

8

Hely Demutti

O cobre, o ouro, a prata, o ferro e o estanho (substâncias simples, utilizadas em ligas metálicas) já eram conhecidos e trabalhados para confecção de utensílios e ornamentos há 2000 anos a.C. São constituídos pelos respectivos átomos de cobre (Cu), ouro (Au), prata (Ag), ferro (Fe) e estanho (Sn).

Mauro Fermariello/Science Photo Library

Museu Britânico, Londres

5

195


Joseph Martinez/LLNL’s

Joint Institute for Nuclear Research, Dubna, Moscou

CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA

Imagine agora que você é um cientista e conseguiu obter, em laboratório, átomos que acredita serem de um novo elemento químico. Será que são mesmo? O reconhecimento da existência de átomos de um novo elemento químico deve obedecer a alguns critérios estabelecidos pela Iupac – International Union of Pure and Applied Chemistry (União Internacional de Química Pura e Aplicada). Até agora, a Iupac já reconheceu oficialmente até o elemento químico de número atômico 112 copernício e os elementos 114 fleróvio e 116 livermório. Existem relatos de identificação dos elementos químicos de números atômicos 113, 115, 117 e 118 (unúntrio, ununpêntio, ununséptio e ununóctio, respectivamente), os quais ainda não foram reconhecidos oficialmente.

Dubna – Instituto Nacional para Pesquisa Nuclear, na Rússia.

Laboratório Nacional Lawrence Livermore, nos Estados Unidos.

Enormes investimentos foram feitos nesses laboratórios, que são responsáveis pela síntese e identificação dos elementos artificiais, travando muitas vezes uma acirrada disputa nesse processo.

A identificação e a síntese de átomos de novos elementos têm sido marcadas por disputas entre diversos institutos de pesquisa, afinal a ciência é uma atividade humana e envolve conflitos de interesses. O reconhecimento de descobertas científicas propicia, entre outras coisas, apoio financeiro aos centros de pesquisa envolvidos. E não se faz ciência sem dinheiro. Como exemplos de descobertas simultâneas, podemos citar a do hélio, descoberto em 1895 por Willian Ramsay, na Inglaterra, e por P. T. Clever e N. A. Langlet, na Suíça, e a do protactínio, descoberto em 1917 por Otto Hahn e Lise Meitner, em Berlim, na Alemanha, K. Fajans, em Karlsruhe, também Alemanha, e por F. Soddy, J. A. Cranston e A. Fleck, na Escócia.

Nomes e símbolos dos elementos químicos Coloque um russo, um chinês, um alemão e um brasileiro num mesmo laboratório para fazer um experimento químico. Algum problema? Pode ficar tranquilo: mesmo que esses cientistas só conseguissem se comunicar no próprio idioma, eles teriam a linguagem da Química para se entender. A nomenclatura dos elementos químicos é a mesma no mundo todo, o que é fundamental para o desenvolvimento da Ciência. Afinal, uma das condições para que um experimento tenha um caráter científico é a de que possa ser repetido por outro cientista e em qualquer parte do mundo. Por isso, as quantidades, os nomes, as fórmulas, tudo tem de seguir o mesmo padrão. Isso parece óbvio hoje, mas nem sempre foi assim.

196


OS QUATRO ELEMENTOS

Oxigênio

Nitrogênio

Hidrogênio

Carbono

Enxofre

Fósforo

METAIS: CÍRCULOS COM LETRAS INICIAIS DO NOME LATINO DO METAL Ferrum

Cuprum

Stannum

ÁCIDOS: QUADRADOS COM A LETRA INICIAL (Ácido clorídico)

(Ácido acético)

BASES E TERRAS: TRIÂNGULOS, COM LETRA INICIAL DO NOME Soda

Barita

Magnésia

Água

Cal

1 2 3

Fogo

Stibium

Potassa

Terra

Ar

Plumbum

CAPÍTULO

NÃO METAIS: SÍMBOLOS GEOMÉTRICOS

Ainda hoje usamos esse símbolo para representar aquecimento: herança insuspeitada da Alquimia.

OS SETE METAIS Ouro (o Sol) Prata (a Lua)

4 5 6 7 8

Cobre (Vênus)

Os químicos franceses Jean Henri Hassenfratz [1755-1827] e Pierre Auguste Adet [1763-1832] propuseram uma simbologia que deu origem à utilizada hoje.

Na Idade Média, os alquimistas já usavam símbolos para representar substâncias, materiais, equipamentos, operações e unidades de medida. No entanto, esses símbolos eram compreendidos apenas pelos iniciados, ou seja, pelas poucas pessoas que tinham acesso aos segredos alquímicos. Além de restrita, a simbologia alquímica não era padronizada: uma mesma substância podia ter vários nomes e um mesmo nome podia indicar diferentes substâncias. Já imaginou a confusão? No século XVIII, já havia relativo consenso sobre a nomenclatura das substâncias químicas, mas os nomes eram escolhidos arbitrariamente. Eles podiam representar uma propriedade (água-forte), um lugar (sal de Epsom), uma pessoa (sal de Glauber), um astro (cáustico lunar) ou uma combinação desses critérios. Isso fez com que os químicos se preocupassem em padronizar a nomenclatura química, propondo vários sistemas até que se chegasse ao atual.

Ferro (Marte) Mercúrio Chumbo (Saturno) Estanho (Júpiter)

OUTRAS SUBSTÂNCIAS Sal (símbolo genérico para “sais”) Sal comum (o nosso cloreto de sódio) Enxofre Sublimado de mercúrio Realgar Vitríolo

Hidrogênio

Oxigênio

Nitrogênio

Sal amoníaco Água-forte (ácido nítrico)

Carbono

Enxofre

Ouro

1 átomo de mercúrio líquido

1 átomo de oxigênio gasoso

1 molécula de óxido mercúrico vermelho

OUTROS SÍMBOLOS Sublimação (processo)

+

#

No início do século XVIII, Dalton propôs uma simbologia iconográfica para representar os elementos químicos e as substâncias. Mas ainda não seria essa a solução definitiva.

Retorta (equipamento)

Os símbolos da Alquimia eram expressos em códigos só conhecidos pelos “iniciados”.

197


CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA

O sistema adotado hoje foi proposto pelo químico sueco Jöns Jacob Berzelius [1779-1848]. Ele sugeriu que os símbolos dos elementos químicos fossem derivados dos seus respectivos nomes em latim. Como o número de elementos químicos existentes é maior do que o de letras, utilizam-se, na maioria dos casos, duas letras: a primeira sempre maiúscula e a segunda minúscula (veja exemplos no quadro abaixo). Com essa nomenclatura, é possível a comunicação entre os químicos de diferentes países, mesmo que não utilizem o nosso alfabeto, como é o caso dos chineses e japoneses. Existem casos, porém, em que, para um mesmo elemento químico, foram adotados diferentes símbolos. Um exemplo é o elemento rutherfórdio (104Rf). Sintetizado ao mesmo tempo por russos e americanos, ele foi batizado pelos russos com o nome de kurchatóvio (104Ku), em homenagem ao físico russo Kurchatov [1903-1960], que o identificou. Para evitar qualquer dúvida, adotamos em nosso livro a nomenclatura oficial da Iupac.

Nome

INFORMAÇÕES SOBRE ALGUNS ELEMENTOS QUÍMICOS Origem do nome Símbolo

Z

Carbono

Carbo (latim)

C

6

Crômio

Chroma (grego)

Cr

24

Césio

Caesius (latim)

Cs

55

Cloro

Chloros (grego)

Cl

17

Prata

Argentum (latim)

Ag

47

Mercúrio

Hidragyrum (latim)

Hg

80

Nitrogênio

Nitrogenes (grego)

N

7

Sódio

Natrium (latim)

Na

11

Enxofre

Sulfur (latim)

S

16

Fósforo

Phosphoros (latim)

P

15

Potássio

Kalium (latim) Tung stain (sueco)

K

19

W

74

Tungstênio

2 BREVE HISTÓRICO DA CLASSIFICAÇÃO

DOS ELEMENTOS Pense Qual é a importância de um sistema de classificação?

Q

uanto mais informações temos, maior é a necessidade de organizá-las. É como guardar roupas em gavetas. Fica mais fácil encontrar tudo se houver organização: uma gaveta só para meias, outra para camisetas, outra para bermudas… Em Ciência, organização é muito importante. Em 1850, eram conhecidos cerca de 60 elementos químicos, e estudá-los sem uma forma eficiente de organização tornava-se cada vez mais difícil. A necessidade de classificá-los eficientemente era crescente. Naquela época, os cientistas não tinham tantas informações sobre a estrutura da matéria como temos hoje. Porém já conheciam as propriedades físicas e químicas de diversas

198


A Ciência na História ALGUMAS PROPOSTAS DE CLASSIFICAÇÃO DOS ELEMENTOS QUÍMICOS ANO

1808

Jöns Jacob Berzelius, um importante químico, entre as suas inúmeras contribuições, apresentou uma das primeiras propostas de classificação dos elementos químicos.

1829

O químico alemão Johann Wolfgang Dobereiner [1780-1849] observou que substâncias simples de alguns grupos de três elementos apresentavam propriedades químicas semelhantes e que era possível estabelecer uma relação entre as massas dessas substâncias. A esses grupos de três elementos, ele deu o nome de tríade.

1862

O químico francês Alexander Émile Beguyer de Chancourtois [1820-1886] propôs uma classificação na forma de cilindro em que os elementos ficavam dispostos em uma linha, como a rosca de um parafuso, em ordem crescente de peso atômico. Nessa disposição, os átomos dos elementos constituintes de substâncias com propriedades químicas semelhantes encontravam-se verticalmente alinhados. Essa proposta não foi bem-aceita por parecer complicada e artificial.

1864

John Alexander Reina Newlands [1838-1898], químico inglês, observou que, ao agrupar os elementos em ordem crescente de peso atômico, suas substâncias simples, excetuando o hidrogênio, apresentavam comportamento semelhante de oito em oito. Essa repetição de propriedades ficou conhecida como “lei das oitavas”. Sua restrição era que só se aplicava até o cálcio. No entanto, foi base para os trabalhos que deram origem à classificação atual.

1865 a 1868

CAPÍTULO

substâncias. Esses conhecimentos foram a base de várias propostas de classificação dos elementos químicos apresentadas durante a segunda metade do século XIX. Berzelius foi o autor de uma das primeiras propostas. Ele se baseou nas propriedades físicas das substâncias e sugeriu a classificação dos elementos químicos em dois grupos: metais e metaloides. Diversas outras classificações foram desenvolvidas ao longo do tempo (veja quadro a seguir).

1 2 3 4 5 6 7 8

O médico inglês Willian Odling propôs uma classificação, estruturada em treze grupos, que englobava as tríades e considerava as substâncias formadas pelos átomos de cada elemento.

Desses vários trabalhos, dois serviram de base para a elaboração da tabela que utilizamos hoje: o do químico siberiano Dimitri Ivanovich Mendeleev [1834-1907] e o do químico alemão Julius Lothar Meyer [1830-1895]. Eles desenvolveram estudos na mesma época, mas sem que um soubesse do outro.

A Lei Periódica de Mendeleev-Meyer Para entender os estudos de Mendeleev e Meyer, é preciso conhecer bem o significado de uma palavra-chave: periodicidade. Periódico é aquilo que acontece em intervalos regulares. Um bom exemplo é o ciclo da Lua. Em seus estudos, Mendeleev analisou a composição das substâncias, ou seja, quantos átomos de cada elemento químico formavam seus constituintes. Comparou também esses dados com as propriedades químicas apresentadas por essas substâncias. A partir dos dados obtidos, Mendeleev buscou encontrar uma regularidade entre os diversos trabalhos já existentes sobre classificação dos elementos químicos e propôs uma nova forma de classificação, fundamentada nas propriedades das substâncias simples dos elementos químicos. Uma das primeiras conclusões desses estudos foi: se os elementos químicos estiverem ordenados de acordo com seus pesos atômicos, suas propriedades seguirão uma periodicidade. Quer dizer, após um determinado número de elementos, os que se seguem

199


Mendeleev, um grande químico, empenhou-se com afinco na busca de uma classificação para os elementos químicos. De tanto pensar numa forma de organizar as informações sobre os elementos e suas substâncias, durante uma viagem adormeceu e teve um sonho. Quando acordou, fez o rascunho reproduzido ao lado, que originou a sua tabela periódica, contribuindo para a elaboração da atual tabela.

J. Yuji

Coleção Particular

CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA

repetem as propriedades dos primeiros. Com base nessa descoberta, Mendeleev propôs uma lei que ficou conhecida como Lei Periódica dos Elementos Químicos, que afirma: “As propriedades das substâncias dos elementos se apresentam em função de seus pesos atômicos”. Modernamente, o peso atômico foi substituído pelo conceito de massa atômica, uma vez que peso corresponde à grandeza física força, que equivale ao produto da massa do corpo pela aceleração da gravidade. No tempo de Mendeleev, os processos de determinação do peso atômico (massa atômica) eram desenvolvidos sem levar em conta a existência de isótopos. Os valores atuais de massa atômica correspondem a uma média ponderada das massas dos isótopos do elemento químico.

Esquema da tabela dos elementos químicos proposta por Mendeleev em 1869.

Com base na Lei Periódica e nos demais estudos que desenvolvera, Mendeleev propôs, em 1869, uma classificação dos elementos químicos, que resultaria na conhecida tabela periódica. Esse sucesso é fácil de explicar: ela reúne, ao mesmo tempo, simplicidade e riqueza de informações, facilitando muito o estudo da Química. Estudos semelhantes foram desenvolvidos independente e simultaneamente pelo alemão Lothar Meyer. Em 1869, ele publicou o livro intitulado Modernas teorias da Química, no qual apresentava relações entre as massas das substâncias simples dos elementos químicos e suas propriedades físicas, propondo uma classificação parecida com a de Mendeleev. Em 1870, Meyer publicou um trabalho no qual reconhece a proposta de Mendeleev e apresenta algumas correções. Meyer baseou-se principalmente em propriedades físicas, enquanto Mendeleev, em propriedades químicas de óxidos e de substâncias simples. Apesar de algumas divergências, os dois cientistas reconheciam e respeitavam o trabalho um do outro. Embora Mendeleev tenha alcançado maior prestígio, ambos foram reconhecidos pela comunidade científica. Assim, a Lei Periódica é considerada de Mendeleev-Meyer.

200


CAPÍTULO

Embora as tabelas de Mendeleev e de Meyer contivessem algumas imperfeições, como a inversão de alguns elementos, e não previssem a colocação dos lantanídeos, actinídeos e gases nobres, elas foram fundamentais para o desenvolvimento da tabela periódica moderna, a qual é uma derivação de outras propostas que surgiram a partir da tabela original desses dois cientistas.

1 2

J. Yuji

Tabela periódica proposta por Niels Bohr

H He

Li Be B C N O F Ne

Na Mg Al Si P S Cl Ar

K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr

Rb Sr Y Zr Nb Mo — Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe

Previsões da tabela periódica Ao organizar os elementos considerando a ordem crescente de peso atômico e as propriedades químicas de suas substâncias, Mendeleev observou que em sua tabela existiam espaços vazios. Deduziu, então, que eles deveriam pertencer a elementos químicos ainda não descobertos. E, pela análise das informações sobre os elementos já conhecidos, pôde até prever as propriedades de três ainda não descobertos, aos quais deu os seguintes nomes: ecalumínio (gálio, descoberto em 1875), ecaboro (escândio, descoberto em 1879) e ecassilício (germânio, descoberto em 1886). Seguindo a previsão das propriedades dos átomos e das substâncias desses elementos, os químicos puderam depois identificá-los e obter dados próximos dos previstos por Mendeleev. Além desses, muitos outros elementos foram descobertos posteriormente. Entre eles, estão os gases nobres (hélio, em 1895; argônio, em 1894; e neônio, em 1898), descobertos pelo químico escocês Willian Ramsay [1852-1916].

Cs Ba La Pr Nd — Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu — Ta W — Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po — Rn

87 Ra Ac Pa U

3 4 5 6 7 8

118

No início do século XX, ainda surgiram outras propostas de tabela periódica. Uma das mais interessantes foi a tabela em forma de leque, sugerida pelo físico dinamarquês Niels Bohr [1885-1962]. Ela se baseia no modelo de estrutura atômica proposta por Bohr, relacionando a estrutura eletrônica dos átomos com sua posição na tabela.

201


M:        Q

Ria Novosti/Science Photo Library

CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA

A Ciência na História

D

A classificação dos elementos químicos proposta por Mendelleev permitiu um avanço significativo na identificação de elementos ainda não conhecidos.

imitri Ivanovich Mendeleev nasceu na cidade de Tobolsk, na longínqua Sibéria. Tinha tudo para ser ótimo aluno: seu pai era professor e sua mãe uma entusiasta pelo estudo das Ciências. Mas, a princípio, o pequeno russo parecia que ia decepcionar a família, pois foi um aluno medíocre no secundário. Somente na universidade ele encontrou sua real vocação – a Química – e a capacidade de simplificar os conceitos mais complicados. Em 1863, depois de se formar brilhantemente na Universidade de São Petersburgo (atual Leningrado), Mendeleev tornou-se professor e pesquisador do Instituto Tecnológico de São Petersburg. Dizem que suas aulas eram fantásticas. De seus inúmeros trabalhos de pesquisa destacam-se a descoberta da Lei Periódica e o estudo da natureza do petróleo. Em sua homenagem, o elemento de número atômico 101, sintetizado em 1955, recebeu o nome de mendelévio.

Lei de Moseley No século XIX, quando Mendeleev propôs a sua classificação periódica, os estudos estabeleciam a relação entre propriedades das substâncias simples e suas massas. No entanto, no século XX, com o surgimento de novos modelos para explicar a estrutura dos átomos, pôde-se constatar que as propriedades das substâncias estão relacionadas não com as massas de átomos, mas com os números atômicos (número de prótons). Quem introduziu esse novo conceito foi o físico britânico Henry G. J. Moseley [18871915]. Em 1913, ele descobriu a existência de uma relação entre a frequência dos raios X emitidos por diferentes metais e um número – que seria depois chamado número atômico – correspondente à carga positiva do núcleo atômico. A partir dessa relação, Moseley concluiu que as propriedades químicas e físicas das substâncias simples dos elementos eram representadas melhor pelos números atômicos do que por suas massas, hipótese já considerada por outros físicos da época. Baseando-se nessa descoberta, foi possível reorganizar a tabela, seguindo agora não a ordem das massas, mas sim a ordem dos números atômicos.

3 CLASSIFICAÇÃO MODERNA DOS

ELEMENTOS QUÍMICOS

V

ocê já tentou procurar no catálogo telefônico o número de uma loja sem saber o nome dela? Não é tão difícil quanto parece. Quem souber consultar o índice de assuntos, encontrará a loja por sua classificação e não precisará folhear o catálogo do início ao fim. Consultar a tabela periódica é parecido. Ela é uma ferramenta imprescindível para o químico ou estudante de Química. Mas é preciso saber usá-la. Então, vamos lá. Na tabela periódica, os elementos estão organizados em ordem crescente de número atômico. Ela é organizada por colunas, denominadas grupos, e linhas horizontais, denominadas períodos. Os grupos correspondem a conjuntos de elementos, cujos átomos formam substâncias com propriedades físicas e/ou químicas semelhantes.

202


Grupos de elementos químicos

CAPÍTULO

Os grupos da tabela periódica, também chamados famílias, apresentam propriedades químicas e físicas que distinguem uns dos outros. As substâncias simples dos elementos de alguns grupos são muito reativas; outras praticamente não reagem. Algumas são sólidas; outras, gasosas; duas são líquidas (veja abaixo as principais propriedades dos grupos).

1 2 3

ALGUNS GRUPOS DA TABELA PERIÓDICA Grupo

Denominação

Origem do nome

4 5

1

Metais alcalinos

Do latim alcali, que significa “cinza de plantas”. São encontrados em cinzas formadas pela combustão de plantas, principalmente o sódio e o potássio.

2

Metais alcalinoterrosos

“Terroso” é termo da Alquimia: substância pouco solúvel em água sob altas temperaturas.

16

Calcogênios

Do grego khalkós, as principais fontes de átomos desses químicos são minérios de cobre. Por exemplo, a calcopirita (CuFeS2).

17

Halogênios

Expressão grega que significa “formadores de sais” (cloretos, brometos, nitratos, sulfetos, entre outros.).

18

Gases nobres

Recebem essa denominação porque se considerava que suas substâncias não reagiam com nenhuma outra.

6 7 8

PRINCIPAIS PROPRIEDADES DAS SUBSTÂNCIAS E DOS ÁTOMOS DOS GRUPOS Características das substâncias simples (em condições ambientais)

Carga mais Tipos de substâncias compostas comum dos comumente formadas íons

Ocorrências mais comuns

1 Metais alcalinos

Sólidos prateados, brilhantes e moles, maleáveis, dúcteis e bons condutores de eletricidade.

1+

Sais – NaCI, KBr, Li2S Álcalis – LiOH, NaOH, KOH Óxidos – K2O, Na2O, Li2O

Cátions monovalentes formando sais.

2 Metais terrosos

Sólidos prateados e com boa condutividade. São mais duros do que os elementos do grupo 1.

2+

Sais – CaSO4, MgCO3, Sr(NO3)2 Álcalis – Ca(OH)2, Mg(OH)2, Ba(OH)2 Óxidos – CaO, BaO, SrO

Cátions bivalentes formando sais e óxidos.

3 a 12 Metais de transição

Sólidos metálicos, duros e quebradiços, com exceção do mercúrio, que é líquido.

Normalmente entre 1+ e 6+

13 Grupo do boro

Sólidos prateados, exceto o boro.

3+

Sais – AgNO3, CoCI3, ZnSO4 Encontrado em minerais Óxidos – FeO, TiO, MnO2 na forma de óxidos. Complexos – metais ligados a vários íons. Óxidos – Al2O3 , B2O3

Encontrado em minerais na forma de óxidos.

14 Grupo do carbono

Sólidos.

Variável.

C e Si podem formar cadeias de átomos produzindo enorme variedade de substâncias.

Organismos vivos (C), silicatos (Si) ou como óxidos.

15 Grupo do nitrogênio

Sólidos, exceto o nitrogênio, que se apresenta na forma gasosa.

Variável.

Óxidos – NO2, P2O5, As2O5 Ácidos – HNO3, H3PO4

Atmosfera (N), organismos vivos (N e P) e minerais (todos).

16 Calcogênios

Sólidos, exceto o oxigênio, que se apresenta na forma gasosa.

2–

Sulfetos – FeS2, PbS, ZnS Diferentes óxidos – CaO, SiO2, H2O

Atmosfera (O), organismos vivos (O e S) e minerais (todos).

17 Halogênios

Gases (F2 e Cl2), líquido (Br2) e sólido (l). São maus condutores de eletricidade e calor, tóxicos e apresentam odores fortes.

1–

Ácidos – HF, HCI, HBr Óxidos e diferentes ácidos Sais – NaF, NaCI, KBr

Formam diferentes ânions e estão presentes em substâncias orgânicas e minerais.

Dificilmente formam substâncias compostas.

Gases na atmosfera.

18 Gases nobres

Gases.

Em geral não formam íons.

203


CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA

Atualmente, conforme determinação da Iupac, os grupos são identificados pela numeração de 1 a 18. Em tabelas antigas, a representação era feita por algarismos romanos seguidos das letras A (grupos 1, 2 e de 13 a 18) ou B (3 a 12). Alguns desses grupos são conhecidos por um nome específico, enquanto outros o são pelo nome do primeiro elemento (veja 2o quadro da página anterior). O hidrogênio, cujos átomos são responsáveis por aproximadamente 70% da massa do Universo, é um caso especial na classificação dos grupos: seus átomos e substâncias possuem algumas propriedades semelhantes às dos elementos do grupo 17 (halogênios) e configuração eletrônica semelhante à dos elementos do grupo 1, apesar de não ser um metal. Por esse motivo, embora seja colocado acima do grupo 1 em várias tabelas, lembre-se de que ele não pertence a esse grupo. Seu estudo é feito de maneira isolada dos demais. Em algumas tabelas, chega-se a colocar o hidrogênio separado de todos os outros elementos.

Fotos: Prensa Três

Observe que as substâncias simples representadas até o grupo do carbono têm aparência metálica e as demais, não.

SUBSTÂNCIAS SIMPLES DE ALGUNS ELEMENTOS QUÍMICOS Metais alcalinos

Metais alcalinoterrosos

Na

Mg

Ti

Ni

V

Al

Sn

N

K

Ca

Cu

Mn

Zn

In

Pb

P

Grupo do Grupo do Grupo do Calcogêboro carbono nitrogênio nios

Metais de transição

Halogênios

Gases nobres

O

Br

Ne

S

I

Ar

Elementos representativos e de transição Os elementos dos grupos 1 e 2 e os de 13 a 18 são chamados representativos, e seus dois primeiros elementos, exceto no caso do grupo 18, são denominados típicos, por representarem bem as propriedades químicas dos demais componentes de seus grupos. Os átomos desses elementos constituem a maior parte das substâncias que nos rodeiam. Os elementos dos grupos de 3 a 12 são chamados elementos de transição, pois as suas substâncias possuem propriedades entre os dois primeiros grupos dos elementos representativos e os grupos dos elementos representativos logo a seguir. Os elementos das duas linhas separadas da tabela periódica pertencem, respectivamente, ao sexto e ao sétimo períodos e são denominados lantanídios e actinídios (nomes dados pelo primeiro elemento de cada série: lantânio e actínio) ou elementos de transição interna. Antigamente, essas séries eram denominadas terras-raras, por causa da baixa incidência de minerais contendo átomos de seus elementos.

Metais, não metais e gases nobres Conforme a Iupac, os elementos são classificados também, de acordo com as características de suas substâncias simples, em metais, não metais e gases nobres.

204


CAPÍTULO

A maioria dos elementos químicos é classificada como metal, por suas substâncias apresentarem propriedades metálicas.

Pense

1

Lembre-se dos metais que você usa diariamente. Que propriedades básicas os caracterizam?

2

Olhe ao redor. Com certeza, você vai ver alguma coisa feita de metal: o ferro dos parafusos, o cobre dos fios elétricos, o alumínio das panelas, a prata e o ouro das joias. E você não deve ter nenhuma dificuldade em distinguir um produto feito de metal. Mas você saberia dizer em que um metal é diferente de outros materiais? Eis as propriedades que caracterizam os materiais metálicos: • boa condutibilidade térmica (calor) e elétrica; • brilho característico; • ductibilidade (capacidade de formar fios); • maleabilidade (capacidade de formar lâminas finas). 1 1o

3 4 5 6 7 8

18 2

13 14 15 16 17

3o 4o 5o 6o

Elementos representativos

2o 3

4

5

6

7

8

9

Elementos representativos

10 11 12

Metais de transição

J. Yuji

7o Não metais Metais

3e– 4e– 5e– 6e– 7e– 8e– Metais de transição interna

Hely Demutti

Gases nobres

1e– 2e–

O brilho que embeleza a prata e a boa condutibilidade elétrica do cobre: propriedades dos metais de ampla aplicação tecnológica.

Os não metais formam substâncias simples de aparência opaca e quebradiça, geralmente más condutoras de eletricidade e calor. Um exemplo é o telúrio (Te), que hoje é empregado em larga escala industrial na fabricação de espoletas, na vulcanização de borracha, em fios de resistência elétrica, entre outros. Agora você já pode dizer, cientificamente, o que é um metal e um não metal. Mas isso ainda não é tudo. Algumas tabelas apresentam uma terceira classificação: os semimetais, na qual se encaixariam os elementos B, Si, Ge, As, Sb, Te e Po. A Iupac, porém, não adota mais essa classificação, porque as substâncias formadas por átomos desses elementos apresentam propriedades intermediárias entre os metais e os não metais e podem, dependendo dos critérios utilizados, ser classificadas em qualquer um dos dois grupos. É o que faremos também aqui. Por exemplo, o elemento antimônio (Sb) é classificado como metal em nossa tabela, pois apresenta brilho metálico, apesar de não ser um bom condutor de calor e de eletricidade.

205


Informações na tabela periódica Você sabe dizer em que coluna fica o elemento selênio? Qual é o número atômico do ouro? Não sabe? Ótimo, não está desperdiçando seus neurônios com informações desnecessárias. O que você precisa saber é como consultar a tabela. Cada tabela periódica apresenta diferentes conjuntos de informações sobre os elementos químicos. Assim, é preciso verificar, primeiro, como ela está organizada e em que posição são apresentados os números atômicos e as massas atômicas. Esses dados em geral aparecem em uma legenda situada no canto inferior esquerdo. Observe a tabela periódica no fim do livro.

As substâncias simples dos não metais não possuem brilho metálico nem são boas condutoras de eletricidade.

Pense

carvão (C)

Theodore W. Gray

fósforo (P)

enxofre (S) Hely Demutti

As substâncias simples dos elementos do grupo dos gases nobres, muito utilizados em letreiros luminosos, são relativamente inertes, ao contrário dos metais e não metais.

Hely Demutti

CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA

Hely Demutti

Ao contrário dos demais elementos químicos, os átomos dos gases nobres dificilmente se combinam com outros. Normalmente são encontrados isolados, formando substâncias simples e monoatômicas. Por isso, são considerados relativamente inertes, ou seja, incapazes de reagir com outras substâncias. Em 1962, o químico anglo-norte-americano Neil Bartlett [1932-2009] sintetizou, acidentalmente, a primeira substância composta contendo átomos de um gás nobre: o tetrafluoreto de xenônio (XeF4). Atualmente, já foram sintetizadas mais de 80 substâncias contendo átomos de xenônio. Você não consegue ver os gases nobres, mas sua utilização é bastante visível: eles são largamente empregados em painéis luminosos de propaganda e em lâmpadas fluorescentes.

Vamos agora aprender como ler as informações sobre os elementos químicos na tabela periódica.

Analisando a legenda da tabela periódica deste livro, identifique as seguintes informações sobre o elemento químico fósforo: símbolo, número atômico, número de elétrons do átomo neutro, período, grupo, estado de agregação da substância simples e massa atômica. Mãos à obra!

O símbolo do fósforo é P. O número atômico é 15, o que significa que o átomo neutro possui 15 elétrons. Ele está no terceiro período, pertence ao grupo 15 e é um elemento representativo. Observe que o símbolo está na cor preta. Portanto, de acordo com a legenda, a substância simples em temperatura ambiente está no estado sólido. Não é considerado um elemento químico artificial – por ser encontrado em substâncias presentes na crosta terrestre (seu símbolo não é na cor branca). De acordo com a tabela, a massa atômica é 31.

Exercícios 1. Uma das teorias conhecidas para esclarecer a origem do Universo é a teoria do big bang. Explique o processo de formação dos átomos dos primeiros elementos químicos de acordo com essa teoria.

2. A síntese de átomos de elementos artificiais ocorre por meio da nucleossíntese. Explique o que é nucleossíntese

206

FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

e por que não são encontrados na crosta terrestre átomos dos elementos artificiais.

3. Dê exemplos de elementos químicos utilizados pela humanidade desde a Pré-História e cite exemplos de sua aplicação.


dos cientistas é necessária?

5. Alguns elementos químicos são representados por uma letra e outros por duas, como no caso do nitrogênio (N) e do sódio (Na). Explique por quê.

6. Em que os cientistas se basearam inicialmente para classificar os elementos químicos?

7. A tabela periódica de Mendeleev teve grande aceitação na comunidade científica. Descreva a sua importância.

8. Quais foram os dois princípios básicos de organização das tabelas de Mendeleev e Meyer?

9. Qual é a diferença entre os critérios para a organização da tabela periódica proposta por Mendeleev e os utilizados na organização da tabela periódica atual?

18.

10. Qual foi a contribuição dada por Moseley à Lei Periódica, que fundamenta o princípio de organização da atual tabela periódica?

11. Em que a evolução histórica da tabela periódica exemplifica o processo de construção do conhecimento científico?

19.

12. No Brasil, muitas descobertas científicas não são exploradas e acabam patenteadas indevidamente por empresas multinacionais. Levante hipóteses com seus colegas sobre quais poderiam ser os fatores que contribuem para a evasão da pesquisa científica no nosso país.

13. O que os elementos de um mesmo grupo da tabela periódica têm em comum?

14. Na tabela periódica, os elementos estão classificados em metais, não metais e gases nobres. Apresente as principais características das substâncias simples desses grupos de elementos.

20.

15. Consultando a tabela periódica, indique para os elementos químicos cálcio, nitrogênio, fósforo, ferro, manganês e boro o período e o grupo a que pertencem, a classificação em metais, não metais, gases nobres, elementos representativos ou de transição, o número atômico e o estado de agregação da substância simples em temperatura ambiente.

16. Consultando a tabela periódica, indique o nome, símbolo, número atômico, grupo e período do único elemento químico não metálico, cuja substância simples é líquida em temperatura ambiente.

17. (ITA-SP-Adaptado) Assinale a afirmativa falsa relativa à Lei Periódica dos Elementos: as propriedades dos elementos são funções periódicas dos seus pesos atômicos. a) Trata-se de uma observação feita principalmente por Mendeleev no século passado, ao ordenar os elementos segundo os pesos atômicos crescentes, que lhe permitiu estabelecer a classificação periódica dos elementos.

21.

b) Teve como precursoras, entre outras, as observações de Döbereiner sobre as tríades e de Newlands sobre as oitavas. c) Em decorrência da lei, constata que o primeiro elemento de cada família na classificação periódica é o mais representativo dessa família. d) Com base na lei, Mendeleev foi capaz de apontar pesos atômicos errados de elementos conhecidos na época e de prever as propriedades de elementos ainda a serem descobertos. e) Foi muito útil como hipótese de trabalho, mas na realidade não constitui o melhor enunciado da lei periódica dos elementos. (Vunesp) Em 1962, foi divulgada a preparação do tetrafluoreto de xenônio, pela combinação direta de xenônio com flúor, ambos gasosos, sob altas pressões. Explique por que a preparação da referida substância representou uma mudança no conceito de reatividade dos elementos químicos do grupo do xenônio na tabela periódica. (UEPG-PR) Consulte a tabela periódica e assinale a alternativa, cujos elementos químicos, na sequência em que se encontram, pertencem, respectivamente, aos seguintes grupos: calcogênio, metal alcalinoterroso, semimetal, metal de transição, gás nobre, halogênio, metal alcalino, não metal. a) Se – Bi – P – Mn – Xe – B – K – Zn. b) O – Sr – Si – Cu – He – Cl – Li – Se. c) N – Sn – Hg – Cr – H – Zr – Br – Ti. d) S – Be – Cl – Ni – Ne – I – Na – C. e) P – Ca – Sn – Fe – Ar – S – Nb – Os. (Cesgranrio-RJ) Fazendo-se a associação entre as colunas abaixo, que correspondem às famílias de elementos, segundo a tabela periódica, a sequência numérica será: 1) Gases nobres Grupo 1 2) Metais alcalinos Grupo 2 3) Metais alcalinoterrosos Grupo 16 4) Calcogênios Grupo 17 5) Halogênios Grupo 18 a) 1, 2, 3, 4, 5. d) 3, 2, 4, 5, 1. b) 2, 3, 4, 5, 1. e) 5, 2, 4, 3, 1. c) 3, 2, 5, 4, 1. (UFSC) Os metais são elementos que apresentam 1, 2 ou 3 elétrons no último nível de energia. Constituem cerca de 76% dos elementos da tabela periódica. São bons condutores de eletricidade e calor, são dúcteis e brilhantes. Dos elementos a seguir, são metais: a) fósforo. e) potássio. b) chumbo. f) enxofre. c) cobre. g) estanho. d) sódio.

CAPÍTULO

4. Por que a padronização da linguagem química por parte

1 2 3 4 5 6 7 8

207


22. (UnB-DF-Adaptado) Julgue os itens seguintes, examinando a tabela periódica. H

He

Li Be

B

CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA

Na Mg K Ca Sc Ti Rb Sr

Y

C

N

O

F Ne

Al Si

P

S

Cl Ar

V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr

Zr Nb Mp Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te

Cs Ba La Hf Ta W Re Os

I

I

Xe

Pi Au Hg Ti Pb Bi Po At Rn

Fr Ra Ac Rf Db Sg Bh Hs Mt Uun Uuu Uub Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr

1) Uma das vantagens da classificação periódica é a de permitir o estudo das propriedades dos elementos em grupos em vez do estudo individual. 2) Os átomos da família dos metais alcalinos têm as mesmas características físicas e químicas. 3) Obtêm-se elementos artificiais a partir de transformações na eletrosfera de elementos naturais. 4) Os elementos prata, ouro e cobre constituem um grupo. 5) Os símbolos dos elementos potássio, criptônio e césio são, respectivamente, K, Kr e Ce.

23. (Cesgranrio-RJ) Um átomo T apresenta menos 2 prótons que um átomo Q. Com base nessa informação, assinale a opção falsa. T Q a) gás nobre. alcalinoterroso. b) halogênio. alcalino. c) calcogênio. gás nobre. d) enxofre. silício. e) bário. cério. 24. (UEL-PR) Considere o texto abaixo: Os átomos de cloro, bromo e iodo têm o mesmo número X na camada de valência e, por isso, possuem propriedades Y. Todavia, não apresentam mesma aparência. À temperatura ambiente e sob pressão de 1 atm, cloro é um gás verde-amarelado, bromo é um Z vermelho-escuro e iodo um sólido violeta. Completa-se corretamente o texto, substituindo-se X, Y e Z, respectivamente, por: a) prótons, diferentes e gás. b) elétrons, diferentes e líquido. c) elétrons, semelhantes e líquido. d) prótons, semelhantes e gás. e) elétrons, semelhantes e gás.

4 A LEI PERIÓDICA

O

bserve o quadro abaixo. Ele apresenta a composição química de substâncias formadas por átomos de cloro e por átomos dos elementos químicos representativos do segundo ao quarto período da tabela periódica.

COMPOSIÇÃO DE SUBSTÂNCIAS FORMADAS COM ÁTOMOS DE CLORO Período

Grupo 1

Grupo 2

Grupo 13

Grupo 14

Grupo 15

Grupo 16

Grupo 17

2

LiCl

BeCl2

BCl3

CCl4

NCl3

Cl2O

CIF

3

NaCl

MgCl2

AlCl3

SiCl4

PCl3

SCl2

ClCl

4

KCl

CaCl2

GaCl3

GeCl4

AsCl3

SeCl2

BrCl

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

De acordo com a tabela, você pode perceber que existe uma periodicidade nas fórmulas expressas. A composição química é de 1:1 nas substâncias do grupo 1, de 1:2 nas do grupo 2, de 1:3 nas do grupo 13 e de 1:4 nas do grupo 14. A partir do grupo 15, a proporção cai para 1:3 e decresce até 1:1 nas substâncias do grupo 17. Regularidade similar é observada em substâncias formadas por átomos de oxigênio e de outros elementos químicos.

208


CAPÍTULO

Pense Identifique o que têm em comum as substâncias formadas por átomos de elementos de um mesmo grupo da tabela periódica.

1

A tabela periódica e a configuração eletrônica

2 3 4 5 6 7 A configuração eletrônica, de acordo com o modelo de Bohr, indica como os elétrons se distribuem nos átomos.

8

J. Yuji

Tal regularidade é explicada pela lei periódica de Mendeleev-Meyer. Essa lei, após os estudos de Moseley, nos indica que as propriedades das substâncias dos elementos químicos se repetem quando esses estão em ordem crescente de número atômico. Assim, temos 18 grupos que se repetem após uma determinada sequência de elementos químicos, apresentando as mesmas propriedades de suas substâncias em uma sequência que chamamos períodos.. Estes apresentam algumas diferenças. O primeiro período só possui dois elementos; o segundo e o terceiro, oito elementos; o quarto e o quinto, 18. Além das propriedades químicas das substâncias, temos também propriedades dos átomos dos elementos que variam periodicamente ao longo da tabela chamadas propriedades periódicas.. Veja, então, que a organização moderna da tabela periódica dos elementos químicos leva em conta tanto as propriedades macroscópicas de suas substâncias como as propriedades microscópicas dos átomos.

As propriedades químicas estão relacionadas com a possibilidade de os átomos de um elemento interagirem com os de outros elementos, causando modificações em suas eletrosferas. Dessa forma, podemos dizer que a eletrosfera do átomo define o comportamento químico. É fundamental a compreensão de como os elétrons estão distribuídos nos níveis eletrônicos dos átomos, ou seja, o conhecimento de sua configuração eletrônica. É essa configuração que é responsável pela repetição das propriedades dos átomos e das substâncias dos elementos. Para identificar essa relação entre propriedades e configuração eletrônica, observe a tabela a seguir, que apresenta a configuração eletrônica dos átomos de alguns elementos químicos. CONFIGURAÇÃO ELETRÔNICA NOS NÍVEIS ENERGÉTICOS Período da TP

1o

2o

3o

4o

Número atômico

Elemento

Símbolo

1

Hidrogênio

2

Número de elétrons por níveis energéticos 1o

2o

3o

4o

H

1

Hélio

He

2

3

Lítio

Li

2

1

4

Berílio

Be

2

2

9

Flúor

F

2

7

10

Neônio

Ne

2

8

11

Sódio

Na

2

8

1

13

Alumínio

Al

2

8

3

17

Cloro

Cl

2

8

7

18

Argônio

Ar

2

8

8

19

Potássio

K

2

8

8

1

20

Cálcio

Ca

2

8

8

2

33

Arsênio

As

2

8

18

5

36

Criptônio

Kr

2

8

18

8

209


Pense O que os átomos de elementos químicos pertencentes a um mesmo período possuem em comum em sua configuração eletrônica?

CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA

Os átomos dos elementos do primeiro período da tabela periódica possuem elétrons que estão no primeiro nível energético. Os do segundo período têm elétrons que estão no primeiro e no segundo nível energético. Os do terceiro apresentam elétrons que estão até o terceiro nível energético, e assim por diante. Essa regularidade pode ser útil para a previsão de propriedades de átomos e substâncias. Assim, é bom lembrar que: O período da tabela em que se encontra o elemento químico corresponde ao número de níveis energéticos que seus átomos possuem. Outra regularidade observada na configuração eletrônica dos átomos relaciona-se ao número de elétrons que eles têm no último nível eletrônico: os átomos dos elementos do grupo 1 (metais alcalinos) possuem um elétron no último nível energético; os do grupo 2 possuem dois elétrons; os do grupo 18, gases nobres, possuem oito (exceto o hélio – He). Essa regularidade continua para átomos de outros grupos dos elementos representativos, conforme indicado na tabela a seguir. Nos próximos capítulos, verificaremos que as propriedades químicas das substâncias dos elementos representativos estão diretamente relacionadas com o número de elétrons no último nível energético de seus átomos. NÚMERO DE ELÉTRONS NO ÚLTIMO NÍVEL ELETRÔNICO Grupo

No de elétrons no último nível eletrônico

1

2

13

14

15

16

17

18

1

2

3

4

5

6

7

8

A regularidade da Lei Periódica foi explicada por Henry Gwyn-Jeffreys Moseley [18871915], físico inglês, pela sua associação com o número atômico dos átomos. Com os estudos da Mecânica Quântica, pôde-se perceber que essa associação se deve à configuração eletrônica. Assim, podemos dizer que a semelhança de propriedades dos átomos dos elementos químicos está relacionada com a semelhança de configuração eletrônica. Observe no esquema abaixo que os elementos de uma mesma classe possuem o mesmo subnível mais energético. J. Yuji

Classes da tabela periódica s s

p

d Metais de transição Metais de transição interna Elementos representativos

f f

Observe também que os elementos representativos possuem subníveis mais energéticos: s ou p. Já nos metais de transição, o subnível mais energético é o d, e nos metais de transição interna é o subnível f.

210


CAPÍTULO

A configuração eletrônica também está associada à posição dos átomos dos elementos na tabela periódica. Átomos de um mesmo grupo possuem o mesmo número de elétrons nos seus últimos níveis e subníveis. Com essas informações, podemos identificar a localização de um átomo de elemento químico na tabela. Vejamos alguns exemplos. O átomo Ca (cálcio) possui Z = 20; sendo assim, ele possui 20 elétrons que estão distribuídos desta forma: 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2

1 2 3 4

Observe que, conforme a distribuição eletrônica em níveis energéticos, o átomo de cálcio possui quatro níveis e tem seu último elétron localizado no quarto nível. Com essa conformação, sua localização na tabela periódica é no quarto período e no grupo dois, classificado como elemento representativo.

5 6 7 8

5 PROPRIEDADES PERIÓDICAS

A

s propriedades periódicas são aquelas relacionadas com os átomos de elementos químicos e que seguem uma variação ao longo da tabela periódica. Existem diversas propriedades periódicas. Algumas dessas propriedades estão relacionadas com uma outra: o raio atômico.

Raio atômico A partir do estudo dos raios atômicos é possível prever outras propriedades dos átomos e das substâncias dos elementos. Para iniciar o estudo da variação do raio atômico, vamos analisar o gráfico do raio atômico de alguns elementos químicos.

Pense Identifique no gráfico abaixo os elementos químicos que estão em um mesmo período da tabela periódica e os que estão em um mesmo grupo. Que relação podemos estabelecer entre a posição na tabela e a variação de raio atômico? Tente justificá-las.

250

K

Raio atômico (pm)

Mg

Li

Al

150 Be

Si

100

0

Ca

Na

200

50

J. Yuji

Raio atômico (em pm) versus número atômico (z) para os primeiros elementos químicos (com exceção dos gases nobres)

H

1

2

3

B

C N O

4

5

6

P

S Cl

F

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Número atômico (Z)

211


Z=3

Fr

Z = 87

R

CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA

1 2

R R

Li

2 níveis

Fr

1 2 3 4 5 6 7

7 níveis

No período, o tamanho do átomo aumenta na proporção inversa ao número de cargas positivas. Aumentando a carga do núcleo, maior é a força de atração pelos elétrons. Os elétrons ficam, então, mais próximos do núcleo. Quanto maior a carga positiva existente no núcleo do átomo, maior será a atração exercida sobre os elétrons, tornando o raio atômico menor.

Em um mesmo grupo, à medida que aumenta o número atômico, aumenta o raio.

Na

Z = 11

Cl

Z = 17

R

R 1 2 3

1 2 3

Em um mesmo período, à medida que aumenta o número atômico, diminui o raio.

J. Yuji

J. Yuji

Li

Observe que, em um mesmo grupo, o raio atômico aumenta na ordem crescente dos períodos e, em um mesmo período, o raio diminui com o aumento da carga nuclear. No grupo, é fácil entender o aumento do tamanho do átomo. Aumenta de cima para baixo, pois, quanto maior o número de níveis, maior será o raio atômico.

3 níveis

R R

Na Cl

3 níveis

E se um átomo perder elétrons formando um cátion? Nesse caso, teremos o mesmo núcleo atraindo um número menor de elétrons, aumentando a intensidade de atração e fazendo com que os elétrons fiquem mais próximos do núcleo. O resultado também é um menor raio iônico (raio de íons). Veja o exemplo do sódio (Na), neutro, e o do cátion sódio (Na+). Z = 11

Na+

11p e 11e–

11p e 10e

R

R

1 2 3

Cátions têm raios menores do que seus respectivos átomos.

J. Yuji

Na

1 2

R R

3 níveis

Na Na+

2 níveis

Por outro lado, um átomo, ao receber um ou mais elétrons, formando um ânion, continuará com a mesma carga nuclear para atrair maior quantidade de elétrons. Isso resultará em uma atração mais fraca e, consequentemente, um raio maior (raio iônico) em comparação ao do átomo neutro (raio atômico). Veja o exemplo do raio do cloro (Cl) e o do ânion cloreto (Cl–). Z = 17

Cl–

17p e 17e

17p e 18e

R

R

1 2 3

Ânions têm raios maiores do que seus respectivos átomos.

212

3 níveis

J. Yuji

Cl

R R

Cl Cl–

1 2 3

3 níveis


Atividade

CAPÍTULO

A determinação do raio atômico é um processo complexo, uma vez que o átomo é uma entidade muito pequena, que não pode ser manipulada diretamente. Para entendermos como os químicos fazem para determinar propriedades por métodos indiretos, veja a atividade a seguir.

1 2 3

Como é possível calcular o tamanho de um átomo?

4 5 6 7 8

J. Yuji

Existem vários métodos para fazer um cálculo dessa natureza. Quanto mais sofisticado o método, maior a precisão do resultado. Mas também é possível calcular o raio de átomos de alguns elementos químicos com valores aproximados, utilizando uma metodologia simples, como a que apresentamos a seguir, a qual poderá ser feita na escola, caso haja condições para isso. Os materiais utilizados nesse caso são: • prego (tamanho grande) ou outros materiais sólidos de substância simples • régua plástica ou caneta de plástico • balança • serra Para a realização dos cálculos, devem-se adotar os seguintes procedimentos: 1. Cortam-se, com uma serra, a cabeça e a ponta do prego para obter um cilindro de ferro. 2. Medem-se o diâmetro (d) e a altura (h) do cilindro obtido. (d = 2r [raio]). 3. Calcula-se o volume do cilindro (V = πr2h). Dado: π = 3,14. 4. Com o auxílio de uma balança, determina-se a massa do cilindro. 5. Para calcular o número de átomos no cilindro, é preciso saber que em 55,8 g de ferro existem 6,02 ⋅ 1023 átomos. 6. Calcula-se o volume de cada átomo dividindo o volume do cilindro pelo número de átomos (Vátomo = Vcilindro/número de átomos). 7. Para simplificação do cálculo, consideram-se os átomos como cubos e determina-se a aresta desse cubo (Vátomo = Vcubo = aresta3). 8. Considera-se que cada átomo seja uma esfera que caiba exatamente dentro desse cubo, como mostra a figura ao lado.

9. Calcula-se o raio atômico do ferro, sabendo que o raio da esfera é a metade da aresta do cubo (r = aresta/2), em centímetro.

10. O centímetro não é uma unidade adequada para expressar raio atômico. A unidade normalmente utilizada é o picômetro (1 pm = 10 –10 cm ou 10 –12 m). Calcula-se o raio atômico do ferro em picômetros.

Pense Ao realizar esse experimento em laboratório, obtivemos os seguintes dados: diâmetro (d) = 0,4 cm, altura (h) = 7,2 cm e massa do cilindro = 9,0 g.

Com base nesses dados, calcule o raio atômico do ferro, compare o resultado com o indicado na tabela periódica e estabeleça hipóteses para as possíveis diferenças observadas. É muito difícil encontrarmos nessa atividade um resultado como o apresentado na tabela periódica. Primeiro, porque a forma de organização dos átomos não é, de modo necessário, a que utilizamos. Segundo, porque as medidas realizadas não foram suficientemente precisas. Outro fator a ser considerado é que o material analisado não é constituído somente de átomos de ferro. Os cientistas fazem esse tipo de operação utilizando grande rigor experimental e materiais mais puros do que o aço dos pregos.

213


Energia de ionização

CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA

Como já vimos anteriormente, os átomos de uma substância podem ganhar ou perder elétrons formando íons. O processo de retirada de elétrons de um átomo ocorre com variação de energia.

Pense O que é necessário para a retirada de um elétron de um átomo: fornecer ou retirar energia do átomo?

J. Yuji

Potencial de ionização

Energia de ionização (eV)

25

20

15

10

5

0

2

4

6

8

10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 Número atômico (Z)

Pense Como varia o potencial de ionização dos elementos químicos na tabela periódica? Como você justifica a variação do potencial de ionização dos elementos observada na tabela periódica?

Para se retirar um elétron do átomo, é necessário fornecer energia para que ele seja excitado e passe para níveis mais energéticos até ser extraído. Essa energia fornecida é denominada energia de ionização ou potencial de ionização. A energia de ionização é determinada experimentalmente. Com base nos valores obtidos para cada elemento, pode-se analisar como varia o potencial de ionização em um gráfico, como o apresentado acima. Um átomo apresenta uma certa estabilidade energética que lhe permite ter identidade própria. O número de elétrons é igual ao número de prótons em um átomo eletricamente neutro; assim, retirar elétrons de um átomo requer uma quantidade de energia. Essa energia será maior quanto mais difícil for retirar elétrons do átomo. Retirar um elétron de um átomo que possui dois prótons e dois elétrons será muito mais difícil do que retirar um elétron de um átomo que possui dez prótons e dez elétrons. Primeiro, porque no átomo com dois elétrons esses estarão muito mais perto do núcleo do que no outro caso, pois quando um átomo tem somente dois elétrons ele possui somente

214


Eletronegatividade

CAPÍTULO

uma camada eletrônica, seu raio é pequeno. No caso do átomo de dez elétrons, esse possui duas camadas eletrônicas, é um átomo maior do que o anterior e a ação de atração do núcleo positivo sobre os elétrons negativos será menor, pois eles estarão mais longe. Segundo esse raciocínio, pode-se dizer que o aumento do potencial de ionização varia na tabela periódica de baixo para cima nos grupos. E como essa propriedade vai variar em um mesmo período da tabela periódica? Se recordarmos que o raio atômico aumenta no grupo no sentido contrário ao do número atômico, entenderemos que um átomo de maior número atômico será menor, pois a carga nuclear também será maior e a força de atração nuclear será maior e, portanto, seus elétrons estarão mais próximos ao núcleo. Consequentemente, são atraídos mais fortemente, exigindo uma maior quantidade de energia para removê-los, ou seja, o potencial de ionização será maior.

1 2 3 4 5 6 7 8

Como já vimos anteriormente, os átomos podem perder ou ganhar elétrons, formando íons. Quando um átomo perde um elétron, ele fica com uma quantidade de carga negativa menor do que a quantidade de carga positiva. Resultado: sua carga total será positiva.

Pense Será que todos os átomos podem ganhar ou perder elétrons com a mesma intensidade? Por quê?

Os átomos podem também ganhar elétrons e, nesse caso, ficarão com uma quantidade de carga negativa maior do que sua quantidade de carga positiva. Resultado: carga total negativa. Observou-se que os átomos dos elementos químicos apresentam diferentes intensidades de atração sobre os elétrons. Essa diferença de intensidade, responsável por diversas propriedades químicas e físicas das substâncias, foi denominada eletronegatividade. Os átomos que possuem maior eletronegatividade são aqueles que têm maior tendência a atrair os elétrons.

Pense Qual é o átomo que atrai mais fortemente um elétron para si: um átomo pequeno ou um grande? Por quê?

“Tamanho não é documento”, diz o velho ditado. Um átomo com pequeno raio atômico atrai elétrons com maior intensidade. A explicação é simples: no átomo de raio pequeno os elétrons estão mais próximos da carga positiva do núcleo.

Pense Então, como você diria que varia a eletronegatividade na tabela periódica dos elementos?

Podemos dizer, então, que, de maneira geral, a eletronegatividade varia ao longo da tabela periódica de maneira oposta ao raio atômico: quanto maior o raio atômico de um átomo, menor é a sua eletronegatividade e vice-versa. As exceções são o hidrogênio (núcleo com só um próton) e os gases nobres (átomos que já são muito estáveis).

215


Exercícios

FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA

1. Que explicação poderia ser apresentada para justificar que 10. Qual dos átomos dos pares abaixo apresentará maior raio? a Lei Periódica depende do número atômico dos átomos dos elementos químicos, como afirmou Moseley, e não do peso atômico, como previu inicialmente Mendeleev?

2. Baseando-se na configuração eletrônica dos átomos, explique como é possível prever a regularidade das propriedades químicas em um mesmo grupo da tabela periódica.

3. O que são propriedades periódicas? 4. Na tabela periódica, o elemento enxofre, número atômico 16, encontra-se entre os elementos de número atômico 8, 15, 17 e 34. Qual(is) desses apresenta(m) átomo(s) e substância(s) com propriedades físicas e químicas mais parecidas com as do enxofre?

5. Que característica semelhante apresentam os átomos dos elementos oxigênio e enxofre, para pertencer ao mesmo grupo da tabela periódica?

6. Que informações podemos obter a respeito dos átomos dos elementos químicos em relação à tabela periódica, com base em sua configuração eletrônica?

7. (PUC-SP) Resolva a questão com base na análise das afirmativas abaixo. I – A tabela periódica moderna atual está disposta em ordem crescente de massa atômica. II – Todos os elementos que possuem 1 elétron e 2 elétrons na camada de valência são, respectivamente, metais alcalinos e metais alcalinoterrosos, desde que o número quântico principal dessa camada (n ≠ 1). III – Em um mesmo período, os elementos apresentam o mesmo número de níveis (camadas). IV – Em um mesmo grupo (família), os elementos apresentam o mesmo número de elétrons na camada de valência. Conclui-se que, com relação à tabela periódica atual dos elementos químicos, estão corretas: a) I e IV (apenas). d) II e IV (apenas). b) I e II (apenas). e) III e IV (apenas). c) II e III (apenas).

8. Os elementos hipotéticos A, B e C pertencem aos períodos 4, 5 e 6 de um mesmo grupo da tabela periódica. Comparando seus raios atômicos, associe cada elemento a um período: Elemento

A

B

C

raio atômico

155

125

150

9. Ao retirar um elétron do último nível energético de um átomo, o que acontece com o raio atômico?

216

a) b) c)

O e 8O2–. N e 7N3–. 7 Ca2+ e 12Mg2+. 20 8

d) 19K+ e 3Li+. e) 9F– e 17Cl–.

11. Cada lavoura necessita de diferentes nutrientes em proporções variadas, dependendo do tipo de solo que será cultivado, para que sua produtividade seja maior. O quadro abaixo apresenta algumas das principais culturas e os tipos de nutrientes que, conforme o solo utilizado, influenciam no desenvolvimento dos vegetais. Cultura

Região do Brasil

Nutrientes mais importantes para a planta conforme o tipo de solo

Feijão

Nordeste

Nitrogênio, fósforo e potássio

Milho

Sul e Sudeste

Nitrogênio e zinco

Arroz

Mato Grosso, Acre e Maranhão

Fósforo, nitrogênio e zinco

Fonte: FERREIRA, M. E. Micronutrientes e elementos tóxicos na agricultura. Jaboticabal: CNPq/FAPESP/POTAFO, 2001.

Situe na tabela periódica a posição do grupo e o período de cada elemento citado e organize-os em ordem crescente, segundo os raios atômicos.

12. Consultando a tabela periódica, analise os seguintes átomos abaixo e coloque-os em ordem crescente de raios atômicos: Mg, N, Li e K.

13. Verificando a tabela periódica, indique qual dos íons F –, Cl – e Na+ apresenta maior raio atômico. Explique.

14. Explique por que o raio atômico diminui ao longo de um mesmo período da tabela periódica.

15. A que propriedade periódica se refere a equação se-

guinte: A(g) + energia → A+(g) + elétron, em que A representa um elemento genérico. Explique:

16. Em relação às transformações a seguir, no sentido indicado, em qual delas a energia envolvida mede o potencial de ionização? c) F(g) + 1e – → F – (g). a) Na(g) → Na+(g) + 1e –. b) H+(ag) + 1e – → ½H2(g). d) 2F(g) → F2(g).

17. Verificando a tabela periódica, qual o halogênio de menor raio e o calcogênio de maior raio?

18. Analisando o 2º- período da tabela periódica, qual elemento é o mais eletronegativo?

19. Desenhe um esquema da tabela periódica e indique por meio de setas como varia o potencial de ionização na família e no período.


CAPÍTULO

Big Bang:: uma teoria sobre a origem do Universo

1

b Uma das teorias mais aceitas sobre a origem do Universo afirma que ele surgiu de uma grande explosão: o big bang.. Essa grande sequência de eventos espalhou partículas de matéria que, aos poucos, combinaram-se para constituir átomos dos diferentes elementos químicos.

2

Átomos de elementos naturais: o “alfabeto” da matéria

4

b Os elementos químicos são caracterizados por átomos que apresentam o mesmo número de prótons e, consequentemente, mesmo comportamento químico. Podem ser naturais ou sintéticos, estes últimos chamados artificiais. Cada elemento químico é caracterizado por um número de prótons, um nome e um símbolo.

5

Átomos de elementos sintetizados artificialmente

7

b Com o desenvolvimento científico e tecnológico foi possível produzir, em laboratório, elementos que não existem na natureza. Esses elementos são chamados elementos artificiais e apresentam uma característica comum, a instabilidade. Desintegram-se formando elementos químicos distintos.

3

6

8

A Lei Periódica de Medeleev-Meyer b Com o aumento do número de elementos químicos conhecidos, os cientistas buscaram formas de sistematizar e organizar informações. Alguns trabalhos se destacaram, como o de Mendeleev, que propôs uma classificação para os elementos químicos com base nas propriedades químicas dos óxidos. Para ele, as propriedades dos óxidos seriam função dos “pesos atômicos” dos elementos. Assim, organizou os elementos químicos em função em ordem crescente de peso atômico. b Em 1870, Meyer reconhece a proposta de Mendeleev e promove algumas correções. Meyer baseou a sua classificação, principalmente, nas propriedades físicas dos elementos.

Lei de Mosely b Com os avanços na compreensão da estrutura dos átomos, Moseley, em 1913, verificou que é melhor organizar os elementos químicos de acordo com os números atômicos.

A classificação moderna dos elementos b Atualmente, os elementos químicos são organizados em ordem crescente de número atômico, na tabela periódica. A tabela periódica é formada por linhas (períodos) e colunas (grupos ou famílias). Cada grupo apresenta propriedades químicas e físicas semelhantes que os diferencia dos demais. b De acordo com a Iupac, os grupos são identificados de 1 a 18. Alguns têm nome específico, enquanto outros têm o nome do primeiro elemento. b Os elementos dos grupos de 1 e 2 e os de 13 a 18 são chamados representativos. Os elementos dos grupos de 3 a 12 são os de transição. Já os elementos das duas linhas separadas da tabela são denominados lantanídios e actinídios. b Na tabela periódica, os elementos são classificados em metais, não metais e gases nobres. b Para compreender as informações disponíveis na tabela periódica, é importante conhecer a forma como essa é organizada. E um dos padrões de organização é a periodicidade. As propriedades das substâncias dos elementos se repetem nas colunas quando estão em ordem crescente de número atômico. b A forma como variam várias propriedades dos átomos, como o raio atômico, também se repetem de período a período. São chamadas propriedades periódicas que estão relacionadas com a configuração eletrônica dos átomos de cada elemento.

217


Capítulo 7

LIGAÇÕES QUÍMICAS

LIGAÇÕES QUÍMICAS Como os átomos dos constituintes das substâncias se unem? Os produtos químicos trazem benefícios ou prejuízos às plantações?

Tema em foco Tema PRODUÇÃO DE ALIMENTOS E AMBIENTE: FACES DA MESMA MOEDA A população do planeta Terra está em torno de sete bilhões de pessoas! Alimentar toda essa gente é um grande desafio. Principalmente se considerarmos que todos têm o direito básico de satisfazer suas necessidades nutricionais mínimas. O desenvolvimento tecnológico contribui de forma significativa para o aumento da produtividade agrícola, elevando a quantidade de alimentos produzida por área cultivada. Esse aumento de produtividade possibilitou uma maior disponibilidade de alimentos para a população. No entanto, a exploração agrícola tem sido a principal responsável pela destruição de áreas verdes, provocando desmatamentos, desertificação de grandes áreas, além do que o uso intensivo de produtos químicos na lavoura tem provocado sérios problemas ambientais. Diante desse quadro, surge o grande desafio sobre como conciliar produção de alimentos com preservação ambiental. Esse é um debate que suscita dúvidas e posições polêmicas, sobre as quais devemos buscar alternativas. O conhecimento químico tem sido fundamental para esclarecer muitos desses pontos e fornecer subsídios técnicos importantes que devem ser levados em conta com outros aspectos econômicos, sociais, políticos e ambientais na busca de melhores alternativas.

Bettmann/Corbis

Insumos agrícolas: agrotóxicos ou defensivos agrícolas? Combater pragas de lavouras, insetos ou animais transmissores de doenças sempre foi um grande desafio. Afinal, boa parte da produção se perde, vítima desses agentes. O que a Química poderia fazer para ajudar? Ela entrou nessa batalha produzindo substâncias que amenizam esse problema. Há mais de 3000 anos, romanos, gregos e chineses já utilizavam enxofre para combater doenças e conheciam a natureza tóxica do arsênico e de outras substâncias utilizadas contra os insetos. Após a Primeira Guerra Mundial, surge a primeira geração de substâncias contra parasitas de plantas: substâncias inorgânicas compostas de flúor, arsênico, mercúrio, selênio, chumbo, boro, cobre e zinco. Os guerrilheiros vietnamitas que combatiam os norte-americanos se escondiam na densa floresta, que conheciam como a palma da mão. Os militares norte-americanos não tiveram dúvida: jogaram um produto desfolhante (napalm) sobre as árvores para que perdessem as folhas, acabando com o esconderijo do inimigo. Causaram enorme desequilíbrio ambiental. As substâncias organossintéticas usadas na mistura de herbicidas do napalm são exemplos de produtos fabricados em laboratório para fins militares.

218


Tipo

Grupo

Exemplo

Toxicidade

Fórmula

Fórmula estrutural

CAPÍTULO

CLASSIFICAÇÃO DOS AGROTÓXICOS

1

Aldrin Organoclorados (substâncias que possuem átomos de cloro)

Inseticida

C12H9Cl6

2 3 4 5

Metoxicloro

pouco tóxico

C16H15Cl3O2

6 7 8

Triclorfon

pouco tóxico

C4H8Cl3O4P

Paration

altamente tóxico

C10H14NO5PS

Outros

Brometo de metila

pouco tóxico

CH3Br

Álcool

Álcool alílico

pouco tóxico

C3H5OH

Aldeído

Acroleína

pouco tóxico

C3 H 4 O

Ácido acético

TCA

pouco tóxico

C2Cl3O2Na

Sais de cobre

Calda bordalesa

pouco tóxico

CuSO4 · Ca(OH)2

Carbamatos

PCP (pentaclorofenol)

altamente tóxico

C6HCl5O

Organofosfatos (substâncias orgânicas derivadas do ácido fosfórico)

Fungicida

Herbicida

altamente tóxico

219


LIGAÇÕES QUÍMICAS

Em 1948, o químico suíço Paul Müller [1899-1965] recebeu o Prêmio Nobel de Medicina pela descoberta de propriedades inseticidas da substância diclorodifeniltricloroetano (C14H9Cl5). Esse pesticida organoclorado ficaria conhecido como DDT, largamente empregado no combate a insetos transmissores de tifo, malária e peste bubônica – doenças fatais que haviam proliferado assustadoramente após a Segunda Guerra Mundial. Sua utilização deu origem à segunda geração de substâncias nocivas às pragas. No fim da Segunda Guerra, grandes quantidades dessas substâncias passaram a ser utilizadas na agricultura como herbicidas (destinadas a destruir ou impedir o crescimento de ervas daninhas na lavoura). Elas agem de forma a interferir no processo de fotossíntese das ervas daninhas, levando-as à morte. Em virtude da grande aceitação pelo mercado mundial, as indústrias investiram na fabricação de produtos químicos contendo essas substâncias, desenvolvendo vários tipos de herbicidas, inseticidas, fungicidas, entre outros. Esses produtos são também chamados agrotóxicos, os quais podem ser definidos como produtos destinados ao uso nos setores de produção, armazenamento e beneficiamento de produtos agrícolas, nas pastagens, na proteção de florestas, em ambientes urbanos, hídricos e industriais, com a finalidade de alterar a composição da flora e da fauna, a fim de preservá-las da ação “danosa” de seres vivos considerados nocivos. O princípio de ação desses produtos está na interação química de seus constituintes com constituintes de animais e vegetais que se deseja atacar, provocando alterações nos ciclos bioquímicos desses seres vivos e ocasionando a sua morte ou a diminuição do seu ciclo reprodutivo. Nesse sentido, esses produtos contêm uma grande quantidade de substâncias tóxicas e daí o porquê de serem chamados agrotóxicos. Os agrotóxicos podem ser classificados quanto à sua ação, ao grupo químico ou à sua toxicidade. Os grupos químicos correspondem, em geral, ao nome das substâncias das quais são derivados (veja grupos dos inseticidas no quadro da página anterior). A classificação é importante, pois ajuda no diagnóstico da intoxicação e no tratamento. Por lei, todos os agrotóxicos devem ser rotulados com uma faixa colorida, indicando a sua classificação toxicológica (veja quadro abaixo). CLASSIFICAÇÃO TOXICOLÓGICA DOS AGROTÓXICOS DE ACORDO COM A ANVISA Toxicidade

Coloração da faixa

I

extremamente tóxicos

vermelha

II

altamente tóxicos

amarela

III

medianamente tóxicos

azul

IV

pouco tóxicos

verde

Fonte: <http://qnint.sbq.org.br/qni/visualizarTema.php?idTema=55>. Acesso em: 27 mar. 2013. Adaptado.

Apesar de os inseticidas de uso doméstico não serem mais identificados por faixas, os agrotóxicos ainda são. Quando necessário o uso de agrotóxicos, escolha os de pouca toxicidade.

Do ponto de vista produtivo, os insumos agrícolas, como os agrotóxicos, são importantes para a manutenção e o aumento da produtividade agrícola. Por meio de seu uso, muitas perdas são evitadas, reduzindo grandemente as ações causadas por insetos, plantas daninhas e fungos. O emprego dessas substâncias contribui para o expressivo aumento da produtividade e da qualidade dos produtos. A não utilização desses insumos em culturas de arroz, milho, batata, soja, algodão, café, trigo e cevada significaria redução de até 70% na produtividade. Nesse contexto, tais substâncias são denominadas defensivos agrícolas. Como exemplo de defensivo agrícola, pode-se citar o emprego do DDT, que além de controlar pragas teve um efeito muito positivo no controle de doenças tropicais, com o combate ao mosquito transmissor da malária. Porém não tardou muito para que esses produtos, que pareciam ser defensores da lavoura, passassem a ser considerados pelos ambientalistas como agrotóxicos. O uso do DDT ilustra bem a quebra do encanto. Cientistas começaram a perceber que muitos insetos passaram a ficar resistentes a essa substância, ou seja, não morriam mais com as aplicações regulares do veneno. Mas o pior estava por vir: o uso prolongado revelou-se tóxico para os mamíferos.

220

Hely Demutti

Classe


CAPÍTULO 1 2 3 4 5 6 7 Ricardo Azoury/Pulsar Imagens

Descobriu-se que o DDT tem a capacidade de se acumular no tecido Diclorodifeniltricloroetano (DDT) gorduroso dos animais e, em longo prazo, causar gravíssimos problemas de saúde como, por exemplo, alterações no sistema nervoso. A suspeita mais grave é a de que seja uma substância carcinogênica, ou seja, causadora de câncer. Não há estudos conclusivos, mas já se constatou que alguns grupos de pacientes com câncer apresentam maior concentração de DDT do que pessoas saudáveis. A contaminação pelo DDT pode ocorrer por inalação, ingestão ou contato com a pele. No ambiente, é encontrado na água, no ar, no solo, nas frutas e nas verduras e nos animais. Também aparece no leite materno, contaminando bebês. Os resíduos do DDT provoA produção química do DDT provocou uma revolucaram contaminação planetária: há vestígios de DDT até em focas e ção na agricultura e diversos problemas ambientais. pinguins da Antártida, região em que não foi usado. E a situação se agrava, pois esse produto é quimicamente estável e permanece no ambiente dezenas de anos sem ser alterado. Por isso, o DDT tem sido proibido em muitos países. Esses mesmos problemas foram identificados no uso de muitos outros agrotóxicos. Os principais danos causados ao organismo humano são reações alérgicas, queda de resistência imunológica, lesões no fígado e nos rins, atrofia nos testículos, esterilidade masculina, desenvolvimento de tumores, entre outros. As pessoas que trabalham diretamente com essas substâncias estão mais sujeitas a intoxicações agudas (efeitos imediatos) ou crônicas (efeitos em longo prazo). A situação agrava-se quando a aplicação de agrotóxicos é feita sem os devidos cuidados. Análises químicas de verduras e legumes têm demonstrado que esses alimentos, muitas vezes, possuem quantidades de agrotóxicos acima dos índices aceitáveis. Como resultado, o número de agricultores contaminados tem sido elevado. Para amenizar esse problema, recomendam-se: treinamento dos usuários desses produtos, utilização de equipamentos e vestuário adequados (máscaras, botas, luvas etc.), escolha criteriosa dos insumos, administração em dosagens corretas, cuidados com o armazenamento e descarte das embalagens e, principalmente, práticas de agricultura orgânica (veja tópico no Tema em foco do próximo capítulo). Como esses produtos não causam danos somente às “pragas”, mas também aos demais seres vivos, o seu uso tem afetado de forma significativa tanto a saúde humana quanto a de muitos outros animais e vegetais silvestres. Estimativas apontam que tais substâncias sejam O uso de roupas apropriadas, máscaras e luvas responsáveis por mais de 20 000 mortes por intoxicação aguda, senna aplicação de agrotóxicos infelizmente ainda não do que a maioria delas acontece no Terceiro Mundo. O problema se é rotina para a maioria dos agricultores brasileiros. agrava com o uso indiscriminado que aumenta drasticamente os efeitos danosos ao ambiente. Os resultados econômicos obtidos com o desenvolvimento dos insumos agrícolas têm sido muito grandes, o que tem contribuído para o abastecimento de alimentos em todo o planeta. O mercado desses produtos químicos é enorme. Por isso, os interesses econômicos para que o seu emprego na lavoura não seja substituído por outras tecnologias menos agressivas são grandes e fortes. Mesmo assim, a controvérsia em torno do tema continua, pois muitos avaliam que as demais tecnologias não seriam capazes de suprir a necessidade de alimentos. Mas, sem dúvida nenhuma, a redução do uso de agrotóxicos faria com que muitos problemas ambientais diminuíssem, contribuindo para que esses produtos defendessem a lavoura agredindo o menos possível o ambiente.

8

221


Não contaminada

Osvaldo Sequetin

Lavável

Revendedor

LIGAÇÕES QUÍMICAS

Osvaldo Sequetin

Agricultor Não lavável

Unidade de recebimento das embalagens vazias

Osvaldo Sequetin

Fabricante

Transporte a granel para a unidade central de recebimento

Um dos principais problemas do uso de insumos agrícolas é o descarte das embalagens desses produtos. As ações registradas nas imagens acima são as recomendações dos órgãos competentes.

Transporte para o destino final

Reciclagem controlada (lavável)

Fonte de energia (caixa de papelão) ou reciclagem controlada

Destruição no incinerador (contaminada)

Produção de alimentos e biocombustíveis

O biodiesel é produzido com base em fontes vegetais (soja, mamona, dendê, girassol, entre outros) e misturado ao etanol (proveniente da cana-de-açúcar) ou metanol (que pode ser obtido a partir da biomassa de madeiras). É um combustível mais limpo e renovável.

222

Helia Scheppa/JC Imagem

Hely Demutti

Hely Demutti

Além da produção de alimentos, outra possibilidade de exploração do solo diz respeito à agricultura para fins energéticos, por meio de culturas de plantas empregadas na produção de biocombustíveis. O uso de biocombustíveis se apresenta como uma possível resposta ao aquecimento global, uma vez que, no balanço global, sua utilização gera menor quantidade de gases do efeito estufa, em relação aos combustíveis fósseis.

No Brasil, para manter exclusivamente a frota de veículos leves, o etanol precisaria somente de 2% das terras cultivadas. Para atender ao mercado internacional, precisamos discutir o quanto isso reduziria a produção de alimentos.


CAPÍTULO

Como o preço do petróleo é bastante elevado e a demanda pelo consumo de combustíveis é muito grande, o retorno financeiro para produção de biocombustíveis passa a ser mais lucrativo do que a produção de alimentos. É assim que o governo de muitos países tem olhado para a produção agrícola para fins energéticos. Essa visão tem provocado um sério debate sobre a diminuição da produção global de alimentos por conta da exploração do solo por culturas destinadas à produção de energia. Nesse mercado de interesses econômicos conflitantes, aparecem posições extremadas a favor e contra a produção de biocombustíveis, posição esta que precisa ser bem debatida por toda a população. Em consonância com o interesse econômico, muitos estimulam o uso de biocombustíveis; já outros preferem manter a economia girando em função do petróleo, que lhe traz mais benefícios. Do ponto de vista social, programas de produção de biocombustíveis podem favorecer o aumento de renda de pequenos agricultores. Do ponto de vista ambiental, a contabilidade precisa ser benfeita, pois há prós e contras a serem analisados.

1 2 3 4 5 6

A polêmica dos transgênicos

ACUSAÇÃO

DEFESA

• Não se conhecem todas as características do que está sendo produzido nem seus possíveis efeitos sobre a saúde humana. • Transgênicos poderiam cruzar acidental e naturalmente com espécies comuns, transmitindo suas características genéticas. Imagine uma soja resistente a herbicida transmitindo essa capacidade a uma erva daninha... • Tornariam os produtores e a sociedade mais dependentes de bioindústrias, pois ficariam impedidos de replantar sem pagamento de patentes. Se hoje o agricultor pode plantar milho, por exemplo, separando os melhores grãos da safra anterior, com a disseminação dos OGMs, ele teria de comprar as sementes da empresa de biotecnologia.

• Transgênicos são mais resistentes a pragas. • São mais proteicos e se adaptam melhor ao ambiente. • Diminuem os custos de produção da agricultura, pois, sendo mais resistentes, necessitam de menores quantidades de fertilizantes e agrotóxicos, causando menos danos ao ambiente. • Em razão da alta produtividade, poderiam solucionar o problema da fome no mundo. • Não há provas que os incriminem (mais de quinhentos testes foram realizados sem que fossem descobertos efeitos nocivos).

7 Hely Demutti

Você já ouviu falar nos transgênicos? Saberia distinguir um transgênico de um não transgênico? Afinal, o que vem a ser isso? Transgênicos são plantas, animais ou microrganismos cujo código genético foi modificado, em laboratório, por processos de biotecnologia. São também conhecidos como Organismos Geneticamente Modificados (OGMs). Geralmente, a modificação consiste na inserção de um gene de outra espécie, com o objetivo de conferir ao OGM alguma característica interessante do ponto de vista econômico, como maior produtividade ou maior resistência a pragas. É o que acontece, por exemplo, com o algodão, que recebe um gene da bactéria Bacillus thuringiensis (Bt). Esse gene induz a produção de uma toxina que torna a planta mais resistente ao ataque de insetos. Na aparência, uma planta transgênica não difere de uma normal. Na maioria dos casos, só os técnicos conseguem saber a diferença por meio de análises específicas. Parece, portanto, uma planta comum. Inofensiva? Os ambientalistas dizem que não. Você saberia dizer se essa foA utilização de transgênicos na agricultura possibilita um aumento da produtividade lha é de soja transgênica? e, consequentemente, dos lucros dos agricultores. Do ponto de vista ambiental, muitos OGMs requerem o uso menos intensivo de agrotóxico, o que os torna menos agressivos. Mas, por outro lado, há riscos tanto para a saúde humana quanto para o ambiente de uma forma global. Veja no quadro da próxima página alguns argumentos contra e a favor do uso de transgênicos.

8

Enquanto os transgênicos ainda não são totalmente conhecidos, o bom senso pede cautela. No Brasil, muito antes de ser discutida uma legislação sobre o assunto, vários agricultores introduziram culturas transgênicas sem o controle do governo e da população. Hoje, depois de aprovada a Lei de Biossegurança, a manipulação, a pesquisa e a comercialização de OGMs são controladas pelo governo. Também passou a ser obrigatório que, nos rótulos de produtos com OGMs, essa informação seja dada ao consumidor.

223


LIGAÇÕES QUÍMICAS

Além da polêmica entre ambientalistas e produtores rurais, existe uma grande controvérsia no meio científico sobre o cultivo de plantas transgênicas. Essa controvérsia envolve questões como métodos e resultados encontrados nas pesquisas científicas sobre o assunto. Na seção a seguir são apresentadas reportagens que relatam duas opiniões divergentes.

Controvérsia científica EM DEFESA DOS TRANSGÊNICOS Trecho da entrevista concedida ao jornal Correio Braziliense – CB – pela Drª. Nina Vsevolod Fedoroff (1942-), uma das maiores especialistas em genética e biologia molecular dos Estados Unidos, autora do livro Mendel na cozinha: visão de um cientista sobre alimentos geneticamente modificados. CB – A senhora acredita que os alimentos geneticamente modificados são uma evolução na produção de alimentos? Nina – Uma maravilhosa evolução, porque, em termos ambientais, eles são considerados muito mais limpos, já que é preciso usar menos pesticidas durante o plantio, o que é muito importante para preservar o ambiente. Um fator pouco conhecido dessas plantas é que elas eliminam a necessidade de arar e sugar todas as substâncias da terra, permitindo o uso contínuo e prolongado do solo. CB – Qual a relação dos alimentos geneticamente modificados com as mudanças climáticas? Nina – Se você comparar uma semente com um gene modificado e outra natural, verá que não há absolutamente nenhuma diferença. No entanto, por elas crescerem mais rapidamente e permitirem a colheita mais cedo, só saberemos dos verdadeiros impactos nas mudanças climáticas no futuro. No entanto, o que se sabe é que, se modificarmos geneticamente as plantas para que elas precisem de menos fertilizantes, elas podem ser extremamente úteis e importantes para a natureza. CB – Por que há tanta oposição aos alimentos transgênicos? Nina – A melhor resposta que eu posso dar é que existe um histórico de medo que gira em torno desse tema. E, quando há medo, é muito difícil

espantar esse receio com fatos. Há 14 anos estamos recolhendo fatos e só temos tido surpresas positivas. [...] Em nossa cultura, é muito difícil espantar esses rumores e ainda vai demorar um tempo até as pessoas se convencerem da real importância dessas plantas. Os fazendeiros já perceberam os benefícios e estão apoiando o movimento. [...]. CB – Qual a contribuição que os alimentos transgênicos podem trazer para o Brasil num cenário mundial? Nina – Vocês já adotam os alimentos geneticamente modificados e com isso poderão se tornar um grande exportador, talvez um dos maiores exportadores agrícolas do mundo. CB – Por que os acordos internacionais que tratam sobre a comercialização desse tipo de produto não conseguem avançar? Nina – Na União Europeia, esse movimento se encontra um pouco parado porque países como Áustria, Alemanha e França são contra. Cada um tem suas razões e os acordos não avançam porque ainda não há um consenso no continente. O Japão é um caso especial, já que eles são ultrassensíveis quando se trata de assuntos relativos a alimentos [...]. Em todos os países onde os cientistas se reuniram para analisar as evidências, eles foram unânimes em dizer que não havia problemas com os transgênicos. No entanto, geralmente são os políticos que não mudam de ideia. BRAGA, Fernando. Correio Braziliense, out. 2009. Adaptado.

TRANSGÊNICOS: UMA GRANDE ROUBADA Entrevista com Antônio Inácio Andrioli, professor na Unijuí (RS) e na Universidade Johannes Kepler, na Áustria, e autor do livro Transgênicos, sementes do mal. MJ – O que são os transgênicos? Antônio – Transgênicos são plantas ou animais produzidos através da transferência de genes entre espécies vivas, que naturalmente não se cruzam. [...]. Como a atividade de um gene depende de sua posição exata, do ambiente celular e do meio ambiente, é muito improvável que a integração de um novo gene tenha apenas uma função, sendo, portanto, difícil excluir efeitos colaterais indesejados. MJ – Isso indica riscos? Antônio – Existem vários estudos que demonstram os riscos dos transgênicos para a saúde. Em uma variedade de milho resistente a insetos [...] foi constatado o perigo de causar alergias. A variedade MON 863 [...] resistente a insetos suscitou uma enorme polêmica em 2004, quando, em testes de alimentação desenvolvidos com ratos, foram constatadas modificações no sangue das cobaias (aumento de glóbulos brancos, elevada glicose e aumento de infecções renais). Um recente estudo realizado na Áustria com milho transgênico comprova que o milho MON 810

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[...] (aprovado para cultivo no Brasil) causa problemas reprodutivos em animais. No que se refere à soja, pesquisadores de várias universidades constataram, em testes de alimentação com camundongos, a ocorrência de alterações na estrutura do fígado e nos rins. MJ – Por que o Brasil é tão aberto e favorável aos transgênicos? Antônio – Além das multinacionais interessadas na venda de agrotóxicos, os grandes produtores rurais brasileiros visualizam nos transgênicos a possibilidade de industrializar a agricultura, cultivando monoculturas em grandes áreas de terra, dependendo cada vez menos de trabalhadores rurais. [...]. Esses interesses de multinacionais e latifundiários somam-se aos do governo, que busca atrair investimentos externos e apoiar as agroexportações. [...]. MJ – Existe risco de contaminação das lavouras convencionais por transgênicos? Antônio – O mito da coexistência e da liberdade do consumidor é constantemente usado para rebater críticas. Em função das condições naturais, a coexistência entre cultivos transgênicos e convencionais não é possível. [...]. O milho se contamina de uma lavoura para a outra, pois é uma planta de pulverização aberta e cruzada, diferente da soja, que se autofecunda.


MJ – Quais seriam as alternativas aos transgênicos? Antônio – No Brasil, uma reforma agrária massiva e qualificada, combinada com o fortalecimento da agricultura familiar, é o pilar de um outro modelo de desenvolvimento. Porque possibilita que milhões de pessoas excluídas possam produzir e se alimentar. [...]. O maior recurso da agricultura familiar é a disponibilidade de força de trabalho, cuja importância o cultivo de transgênicos pretende substituir e/ou reduzir. Mundo Jovem. PUCRS, n. 399, ago. 2009.

CAPÍTULO

MJ – Mas os transgênicos não vieram para erradicar a fome? Antônio – O combate à fome nunca esteve presente nos objetivos das empresas que desenvolveram as plantas transgênicas. A fome é um problema social decorrente da injusta distribuição de riquezas e não da falta de alimentos. A quantidade de alimentos produzida atualmente é suficiente para alimentar uma vez e meia toda a população mundial. Uma maior produtividade não é a alternativa para combater a fome. Esse argumento é o mesmo que foi usado por ocasião da introdução dos agrotóxicos pelas multinacionais e hoje vemos que a fome aumentou e não diminuiu após a sua presença na agricultura. [...].

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FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

Debata e entenda 1. Qual foi a importância da descoberta do DDT e que problemas de saúde ele pode causar?

2. Por que os agrotóxicos foram utilizados em guerras? 3. Que cuidados o agricultor deve ter ao utilizar os agrotóxicos?

4. Como os pinguins e as focas podem ter sido contaminados na Antártida?

5. Que denominação você julga mais adequada: agrotóxico ou defensivo agrícola?

6 7

7. O que são alimentos transgênicos? 8. Enumere vantagens e riscos relacionados com a uti-

8

lização de transgênicos.

9. Analisando as notícias, debata sobre quais são os possíveis fatores que levam os cientistas a terem opiniões divergentes sobre o tema.

10. Pesquise e debata sobre legislação da liberação de plantio de transgênico e biossegurança e sobre opiniões favoráveis e contrárias a essas legislações.

6. Os agrotóxicos devem ou não ser utilizados na agricultura? 11. Você é a favor ou contra os transgênicos?

1 LIGAÇÃO IÔNICA

Por que os átomos se combinam? A combinação de átomos de cerca de 90 elementos químicos permite formar milhares de substâncias, como os 4 000 mil minerais conhecidos que estão presentes no solo.

Pense Como esses átomos se unem? O que mantém a estabilidade da união entre eles?

Diversos modelos têm sido desenvolvidos para esclarecer tais questões. A compreensão desses modelos é fundamental para que possamos entender como os constituintes das substâncias interagem e assim prever o comportamento químico de substâncias e materiais. Por exemplo, é com base nesse estudo que os químicos podem prever a ação de substâncias na nutrição dos vegetais e no combate a pragas. No presente capítulo, estudaremos as interações entre átomos na constituição das substâncias e como representamos essas interações. Dessa forma, no próximo capítulo, faremos algumas previsões de

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LIGAÇÕES QUÍMICAS

comportamento químico das substâncias e estudaremos suas propriedades, envolvendo o estudo de algumas substâncias usadas na agricultura. Uma das primeiras tentativas de explicar como os átomos se unem para formar as substâncias foi apresentada por Torbern Olof Bergman [1735-1784], cientista suíço, e Marcelin Berthellot [1827-1907], químico francês. Eles relacionaram a tendência de os átomos se ligarem com as forças gravitacionais, ou seja, com a atração provocada pelas massas dos átomos. Por essa lógica, os átomos maiores exerceriam maior atração do que os menores, efetuando ligações mais estáveis. No entanto, não é isso o que acontece na prática. É o que se pode constatar comparando-se, por exemplo, dois tipos de óxidos (substâncias formadas pela ligação com átomos de oxigênio): o óxido de hidrogênio, substância que costumamos chamar água (H2O), e o óxido de mercúrio (HgO). A massa dos átomos de mercúrio é aproximadamente 200 vezes maior que a dos átomos de hidrogênio. Mas é ligando-se ao hidrogênio que os átomos de oxigênio formam uma substância mais estável. Diversos outros modelos se desenvolveram. Alguns foram rapidamente abandonados. Outros, apesar de imperfeitos, ainda hoje são úteis para explicar alguns processos químicos básicos. No presente capítulo, vamos estudar um modelo que explica dois tipos básicos de ligações químicas: a iônica e a covalente. Para entender o modelo das ligações iônicas e covalentes, vamos, primeiro, conhecer uma propriedade básica dos átomos. Acompanhe a experiência a seguir.

Química na escola

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

EXPERIÊNCIA A DEMONSTRATIV Ao consertar um chuveiro elétrico, o eletricista corre risco de levar choque. Mas será que a água sempre conduz eletricidade? A água utilizada em casa é um material que possui uma diversidade de substâncias dissolvidas. Será que o tipo de material que está dissolvido na água afeta sua condutividade? O presente experimento, o qual deverá ser realizado pelo professor, tem como objetivo analisar a condutividade elétrica de diferentes materiais em diferentes condições.

A água sempre conduz eletricidade?

Materiais • aparato para testar a condutividade elétrica (veja o esquema abaixo) • 9 béqueres de 100 mL (ou copos de vidro) • espátulas (ou colheres) • 50 mL de água destilada (pode ser encontrada em postos de combustíveis) • cloreto de sódio (NaCl – sal de cozinha) • sacarose (C12H22O11 – açúcar cristal) • hidróxido de sódio (NaOH)

• álcool de uso doméstico (CH3CH2OH) • removedor de esmalte • solução de bateria (solução aquosa de ácido sulfúrico – H2SO4) • enxofre (sólido) • parafina (sólida) • chapa metálica pequena de cobre • chapa metálica pequena de zinco

Procedimento 1. O professor montará o aparato para testar a condutividade dos materiais. Observe o que acontecerá quando ele ligar o dispositivo à fonte de eletricidade. 2. Monte em seu caderno um quadro com três colunas com os seguintes títulos: Materiais; O material conduz eletricidade? e O material dissolvido em água conduz eletricidade? 3. O professor colocará água destilada até ²/³ do volume de um béquer e mergulhará os eletrodos, deixando-os afastados cerca de 5 cm um do outro. Após o teste, desligará o dispositivo.

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J. Yuji

Destino dos resíduos

CAPÍTULO

4. Anote, no quadro de seu caderno, na linha referente à água destilada, se a lâmpada acendeu ou não, indicando a condução de corrente elétrica. Solução aquosa 5. O professor colocará com a espátula uma porção do segundo material do de cloreto de sódio Lâmpada quadro (cloreto de sódio) em um béquer seco. Em seguida, vai encostar, aos de 6V extremos opostos dessa porção de material, uma ponta de cada eletrodo, sem deixar que uma toque a outra (veja ilustração ao lado). Anote, no quadro, na coluna correspondente, se houve ou não condução de eletricidade. 6. Em seguida, o professor adicionará água a esse béquer, tentando dissolver o material, caso seja possível, e, logo após, testará a condutividade da solução obtida. Ao final, ele desligará o dispositivo e lavará os eletrodos. Anote, no quadro de seu caderno, na coluna correspondente, se houve ou não condução de eletricidade. 7. Repita a quinta e a sexta etapas dos procedimentos com os demais materiais. Não é necessário acrescentar água à parafina (não se misturam) nem à solução de bateria (já contém água).

1 2 3 4 5 6 7 8

1. O hidróxido de sódio (NaOH) deve ser utilizado para neutralizar a solução de bateria (solução aquosa de ácido sulfúrico – H2SO4) para depois ser descartado na pia com água corrente. 2. As soluções preparadas com solvente de removedor de esmalte e a com álcool, em pequenas quantidades e misturadas à água, podem ser drenadas pela pia com um volume de água de lavagem dez vezes superior. 3. O enxofre, a parafina e as chapas de cobre e zinco devem ser guardados para as próximas práticas.

Análise de dados 1. Classifique os materiais nos seguintes grupos: a) materiais que não conduzem eletricidade no estado sólido; b) materiais não solúveis em água; c) materiais solúveis em água que não conduzem eletricidade quando dissolvidos; d) materiais solúveis em água que conduzem eletricidade quando dissolvidos. 2. Tente explicar o que é necessário para que a lâmpada acenda. 3. Sabendo que a matéria é constituída de espécies químicas as quais podem ser neutras ou ter cargas elétricas, identifique quais materiais são constituídos de espécies neutras.

O movimento ordenado de elétrons que se deslocam por um fio é denominado corrente elétrica. Esse movimento faz funcionar vários equipamentos e provoca, em certos materiais, aquecimento ou emissão de luz. No experimento, constatamos que alguns materiais têm a propriedade de conduzir corrente elétrica e outros não. A água contém diversas substâncias dissolvidas que a tornam condutora de eletricidade. Analisando os resultados, podemos classificar os materiais investigados em três grupos: Grupo X: materiais sólidos que não conduzem eletricidade, mas o fazem quando dissolvidos em água. Grupo Y: materiais que não conduzem eletricidade nem quando dissolvidos em água. Grupo Z: materiais sólidos que conduzem eletricidade. Os materiais do grupo X são denominados eletrólitos. Eletrólitos são substâncias que, quando dissolvidas em água, tornam a solução condutora de eletricidade.

Pense Que diferença há entre os constituintes de materiais condutores de eletricidade e os não condutores? Que partículas dos átomos poderiam favorecer a condutividade elétrica dos materiais?

227


Íons e a condução de eletricidade

LIGAÇÕES QUÍMICAS

Verifique novamente a lista dos materiais do grupo X, aqueles sólidos que só conduzem eletricidade quando dissolvidos em água. Como explicar esse comportamento? Quem começou a responder a essa intrigante questão foi o físico e químico inglês Michael Faraday [1791-1867] que, em 1830, previu sua existência. No entanto, foi Svante August Arrhenius [1859-1927] quem estudou, em seu trabalho de doutorado, a migração de espécies carregadas eletricamente e soluções submetidas à corrente elétrica. Por esse trabalho, foi agraciado com o Prêmio Nobel de Química em 1903.

Hulton-Deutsch Collection/Corbis

A Ciência na História

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S A A

S

vante August Arrhenius, filho dos agricultores Svante Gustaf Arrhenius e Carolina Christina Thunberg, nasceu em Wijk, Suíça, em fevereiro de 1859. Já no início de sua vida acadêmica, demonstrou interesse por Matemática e Física. Em 1876, entrou para a Universidade de Uppsala para estudar Química, Física e Matemática. Em 1881, foi para a Academia de Ciências de Estocolmo onde, em 1884, defendeu a tese intitulada “Investigações sobre a condutividade galvânica de eletrólitos”. Nessa época, Berzelius já havia apresentado a ideia da relação entre eletricidade e substância química, mas ela ainda não havia ganhado importância. Nesse contexto, o trabalho de Arrhenius não foi aceito por seus compatriotas. Persistente, ele enviou cópias a outros cientistas. Com seus estudos sobre eletróliRecebeu então a visita do químico alemão Wilhelm Ostwald [1853tos, Svante August Arrhenius contribuiu para a compreensão 1932], que o encorajou a viajar e a apresentar suas ideias aos maiores ciendas estruturas químicas. tistas da época. Isso o tornou conhecido e respeitado. Arrhenius também estudou a influência da dissociação de eletrólitos na pressão osmótica, no abaixamento das temperaturas de fusão e de ebulição em soluções, além de suas implicações biológicas. Publicou diversos artigos e livros de Química, demonstrando sua grande capacidade de divulgar a Ciência. Como prova do reconhecimento de seu trabalho, recebeu as medalhas Davy e Faraday, da Royal Society e honrarias de diversas universidades. Em 1903, foi agraciado com o Prêmio Nobel de Química pelo “reconhecimento dos extraordinários serviços que prestou ao avanço da Química, por sua teoria da dissociação eletrolítica”. Até sua morte, em outubro de 1927, Arrhenius foi um incansável e versátil cientista que muito contribuiu para o desenvolvimento da Química. Lá pelos idos de 1884, estudando soluções que conduzem eletricidade, esse cientista deu o nome de íons a determinadas partículas que se movimentavam em direção a um polo elétrico, positivo ou negativo. Podemos dizer, portanto, que os eletrólitos são substâncias constituídas por íons, os quais se movimentam livremente, quando dissolvidos em água.


CAPÍTULO

Hoje, sabemos que os íons são átomos ou grupos de átomos que ganharam ou perderam elétrons, ficando eletricamente carregados, e que se unindo formam substâncias iônicas, como as do grupo X.. Mas, apesar de serem formadas por íons, elas são eletricamente neutras.

1

Pense

2

Como essas substâncias podem ser neutras, sendo formadas por íons?

3 4

Não se apresse. A resposta é menos complicada do que parece. Existem dois tipos de íon:

5

Cátions são íons carregados positivamente. Ânions são íons carregados negativamente.

6 7 8

Todas as substâncias iônicas são formadas por cátions e ânions. E o total de cargas positivas (cátions) é igual ao de negativas (ânions). Logo, as substâncias são eletricamente neutras. Mas existe ainda uma questão a esclarecer: por que as substâncias iônicas não conduzem eletricidade no estado sólido, mas o fazem quando dissolvidas em água?

Pense Qual está certa? 1

J. Yuji

Qual dos dois esquemas ao lado (em duas dimensões) representa melhor a organização dos íons de uma substância iônica no estado sólido? Procure justificar a sua resposta.

2

As forças eletrostáticas (de atração e repulsão) existentes nas substâncias iônicas fazem com que os íons sejam arranjados de forma organizada: ao redor dos cátions estão ânions e ao redor dos ânions estão cátions. Essa organização é denominada rede cristalina ou retículo cristalino. Imagine como os íons das substâncias iônicas se dispõem no estado sólido e no líquido e faça um desenho, demonstrando a disposição dessas partículas em cada estado de agregação.

Pense Em que estado de agregação as partículas se movimentam com mais facilidade?

Para que ocorra condução de eletricidade é necessário que haja movimento de elétrons. Quando uma substância iônica é adicionada à água, os íons são envolvidos pelas moléculas de água, em um processo denominado hidratação, que diminui a atração entre as cargas. Assim, cátions e ânions separam-se uns dos outros, podendo movimentar-se livremente na solução iônica formada. É o movimento dos íons que permite a condução de corrente elétrica na solução. No processo de hidratação ocorre uma separação dos íons, ou seja, há uma dissociação iônica. A condução de eletricidade pode ocorrer também quando da fusão das substâncias iônicas. No estado líquido, os íons movimentam-se livremente, conduzindo corrente elétrica. A sequência de figuras a seguir indica como se dá esse processo.

229


2

3

4

No entanto, sabemos que eles não desaparecem simplesmente, pois a água ficará salgada e o sal poderá ser recuperado ao evaporar o líquido.

Se pudéssemos olhar o que acontece microscopicamente, veríamos que os íons dos cristais (verde: Cl– ; azul: Na+ ; e vermelho e branco: H2O) são retirados pelas moléculas de água que os envolve.

A presença dos íons hidratados pode ser determinada pelas mudanças de propriedades do líquido, agora salgado e condutor de eletricidade. (Observe que a orientação das moléculas de água é diferente ao redor de cada tipo de íon.)

LIGAÇÕES QUÍMICAS

Ilustrações: J. Yuji

1

Se colocarmos alguns cristais de sal grosso em um copo com água, vamos observar que esses vão desaparecer lentamente.

Já diferentemente das soluções aquosas e dos líquidos, nos sólidos iônicos os cátions estão fortemente atraídos pelos ânions e não possuem mobilidade. Por isso, os sólidos iônicos não conduzem eletricidade.

Formação de íons Como se formam os íons? Existem diversos modelos para explicar a formação dessas espécies. Usando, mais uma vez, o cloreto de sódio como parâmetro, vamos estudar um dos modelos mais simples. Lembre-se, primeiro, de que as substâncias, com exceção dos gases nobres, não são formadas por átomos isolados, mas sim por conjuntos de átomos ligados entre si. Quando dois átomos se aproximam, ocorrem processos de atração e de repulsão.

As forças de atração e repulsão eletrostáticas dependem do tamanho e das cargas dos átomos. O resultado do somatório dessas forças produz diferentes efeitos. Em alguns casos, predominam as forças de repulsão e os átomos tendem a se afastar. Em outros, prevalecem as forças de atração e os átomos tendem a formar ligações químicas. De acordo com o modelo atômico de Bohr, os elétrons dos átomos ocupam diferentes níveis energéticos. Veja na figura a seguir como é a distribuição de elétrons nos átomos do cloro e do sódio.

230

J. Yuji

2. Repulsão entre as cargas iguais dos dois átomos J. Yuji

1. Atração entre as cargas positivas de um átomo e as cargas negativas de outro


Cátion Sódio

Cloreto

J. Yuji

J. Yuji

Cloro

CAPÍTULO

Sódio

1 2 3 Na+

Átomos neutros de sódio e cloro se aproximam e o cloro tende a atrair o elétron da última camada eletrônica do sódio com grande intensidade.

Cl–

O elétron da última camada eletrônica do sódio é transferido para o átomo de cloro, formando-se íons Na+ e Cl–, os quais vão se atrair fortemente.

4 5 6 7

Com a aproximação dos átomos, o elétron do último nível do sódio é atraído mais fortemente pelo núcleo do átomo de cloro, que tem maior tendência de atrair elétrons (eletronegatividade), do que por seu próprio núcleo. Como consequência, esse elétron é transferido do átomo de sódio para o de cloro. Nesse processo, o átomo de sódio fica com um elétron a menos e o átomo de cloro fica com um elétron a mais – estão, portanto, formados os íons. Com a formação dos íons, passa a existir atração eletrostática entre essas espécies químicas: íons positivos (cátions) atraem íons negativos (ânions). Essa interação entre cátions e ânions é denominada ligação iônica. Contudo, as forças de atração e repulsão das partículas atômicas não explicam todos os tipos de ligação química. Existem outros modelos de explicação, como o que você verá a seguir.

8

2 REGRA DO OCTETO

A

busca da estabilidade é constante. No universo físico, ela é alcançada pelo equilíbrio de forças, na busca de um estado de menor energia. Nos estudos das combinações de átomos de diferentes elementos químicos para formação de substâncias, vários cientistas observaram a importância do número oito. Por exemplo, Alexander Newlands havia proposto para a organização dos elementos químicos a “Lei das Oitavas”; Mendeleev tinha proposto que nenhum elemento deveria apresentar valência (conceito que estudaremos em breve) superior a oito; e Thomson havia afirmado que a estabilidade característica dos átomos de gases nobres seria consequência de suas camadas mais externas terem oito elétrons. No entanto, foi em 1916 que o químico alemão Walther Kossel [1888-1956], estudando substâncias iônicas, e o químico norte-americano Gilbert Newton Lewis [1875-1946], estudando substâncias moleculares, propuseram que as combinações químicas eram resultado da estabilidade da união de átomos com oito elétrons em suas últimas camadas eletrônicas. Para Kossel, essa estabilidade era obtida por meio da doação de elétrons, originando as ligações iônicas. Para Lewis, o compartilhamento de elétrons é o que possibilitava a formação das ligações covalentes, conceito que tinha sido introduzido pelo químico norte-americano Irving Langmuir [1881-1957] para designar o compartilhamento de elétrons, conforme veremos mais adiante. A partir desses estudos, formulou-se a base para a teoria eletrônica das ligações, segundo a qual os átomos dos elementos químicos estabelecem ligações químicas para adquirir

231


LIGAÇÕES QUÍMICAS

configurações eletrônicas semelhantes às dos átomos dos gases nobres mais próximos a eles, na tabela periódica, e que são encontrados na natureza isolados, sem se combinar com outros átomos. Isso significa que os átomos, ao estabelecer ligações químicas, ficam com oito elétrons na última camada eletrônica, como acontece com os gases nobres, com exceção do hélio. Irving Langmuir denominou esse princípio de regra do octeto. Essa regra não explicou o motivo da estabilidade dos átomos, mas identificou uma regularidade, observada na época, nas configurações eletrônicas quando fazem ligações químicas. No entanto, depois daquela época, os químicos identificaram muitas substâncias, cujos átomos não tinham a configuração dos gases nobres, por exemplo, a maioria dos íons dos metais de transição, como Fe2+, Fe3+ e Cu2+. Portanto, a regularidade não é uma regra geral. Isso ficou mais evidente quando, em 1962, acidentalmente, o químico inglês Neil Bartlett [1932-2008] sintetizou em laboratório o que parecia impossível: uma substância formada pela ligação de átomos de gases nobres – XePtF6 (hexafluorplatinato de xenônio).

Chemical Heritage Foundation

A Ciência na História G N L

G

ilbert Newton Lewis foi um garoto precoce. Aprendeu a ler em casa, depois frequentou uma escola pública dos 9 aos 14 anos e, a seguir, ingressou na Universidade de Nebraska. Aos 17 anos transferiu-se para a famosa Universidade de Harvard e aos 24 já havia concluído o doutorado. A essa precocidade associava-se um espírito criativo e ousado, que não se conformava com os conceitos preestabelecidos. Ao estudar a natureza das ligações químicas, entrou em choque com seu orientador e abandonou Harvard. Então, Lewis trabalhou sete anos no prestigiado Massachusetts Institute of Technology – MIT, com um grupo de Gilbert Newton Lewis: jovens e talentosos cientistas. Era um professor que incentivava o debate e gostava ousadia e determinação. de apresentar problemas instigantes, que desenvolviam o espírito crítico. Formou vários químicos de renome, inclusive alguns ganhariam o Prêmio Nobel. Produtivo até a morte, aos 71 anos, Lewis é considerado por muitos o grande responsável pelo avanço da Química nos Estados Unidos, em uma época em que a Europa ainda dominava o campo das Ciências. Essa descoberta abriu novas possibilidades de pesquisas e tornou-se mais uma evidência de que os modelos empregados pelas Ciências têm limitações. Novos dados de investigações mostram a necessidade de alteração ou substituição dos modelos tradicionais. Entretanto, a regra do octeto, mesmo com restrições, continua sendo utilizada como base para explicar a fórmula e a estrutura de muitas substâncias, como as estudadas no Ensino Médio.

A regra do octeto e a tabela periódica Na hora de estudar as ligações químicas entre átomos de diferentes elementos, a tabela periódica é uma ferramenta imprescindível. É nela que encontramos informações sobre as características e as propriedades dos átomos dos diferentes elementos químicos. Primeiro, vamos destacar algumas informações sobre os grupos dos elementos representativos que são úteis para o estudo das ligações químicas. Os átomos de elementos representativos do mesmo grupo possuem a mesma quantidade de elétrons no último nível

232


CAPÍTULO

energético e, por isso, formam o mesmo tipo de ligação. Átomos de elementos dos grupos 1 e 2, classificados como metais, tendem a perder elétrons, formando cátions. Já os dos grupos 15, 16 e 17, classificados como não metais, tendem a ganhar elétrons, formando ânions. A tabela abaixo apresenta a carga geralmente assumida pelos átomos dos elementos representativos.

1 2

CARGAS COMUMENTE ASSUMIDAS POR ÁTOMOS DOS ELEMENTOS REPRESENTATIVOS Grupo

1

2

13

14

15

16

17

Carga

1+

2+

3+

4+

3–

2–

1–

3 4 5

Como os metais tendem a formar cátions e os não metais tendem a formar ânions, as combinações entre átomos de metais e átomos de não metais produzem, em geral, substâncias iônicas. Observe, no entanto, que esse não é um princípio aplicável aos átomos de todos os elementos químicos.

6 7 8

Pense Você acha que seria possível a formação de uma substância iônica entre dois metais? Por quê?

3 REPRESENTAÇÃO DAS

[ ]

[ ]

[ ]

[ ]

J. Yuji

xiste uma forma gráfica bastante simples para representar as substâncias iônicas. É o modelo proposto por Lewis, que indica o número de elétrons da camada de valência dos átomos constituintes. Chamamos camada de valência o último nível energético do átomo. O conceito de valência foi proposto pelo químico inglês Edward Representação de Lewis do NaCl Frankland [1825-1899]. No início, tal conceito estava relacionado diretamente com a capacidade de ligação entre os átomos. Na Cl Posteriormente, com uma melhor compreensão da estrutura atômica, descobriu-se que a capacidade de ligação dos átomos está relacionada diretamente com o número de elétrons presentes em seus níveis + – mais externos e que vão participar das ligações químicas. Assim, Na Cl podemos definir valência como o número de elétrons que os átomos de um elemento químico possuem no nível mais externo, também denominado camada de valência. Veja, ao lado, como fica a representação de Lewis para o cloreto Representação de Lewis do CaF2 de sódio. Os elétrons são idênticos; independentemente de seus átomos de origem, pode-se usar uma única representação para todos eles. Mas, por F motivos didáticos, costuma-se representar os elétrons com sinais ou cores Ca diferentes para que se visualize mais facilmente o número de elétrons de F valência que cada átomo tinha antes da formação do íon. 2+ – A representação de Lewis é útil na visualização da formação de Ca 2 F substâncias iônicas com mais de um cátion ou mais de um ânion. Veja a formação do fluoreto de cálcio (CaF2) ao lado.

J. Yuji

E

SUBSTÂNCIAS IÔNICAS

233


Na representação de Lewis podemos visualizar a formação de uma substância iônica, envolvendo mais de um cátion.

J. Yuji

Representação de Lewis do Al2O3

J. Yuji

Representação de Lewis do K2O

LIGAÇÕES QUÍMICAS

K

O

O

K

[K]

2

+

Al O

[O]

2–

Al O

Veja, agora, a representação de Lewis para o óxido de alumínio (Al2O3).

[ ]

2

Al

3+

[ ]

3

O

2–

De modo geral, os químicos representam as substâncias iônicas utilizando simplesmente a fórmula mínima, que indica a proporção dos constituintes das substâncias e não suas quantidades. Recordando, no caso do cloreto de sódio (NaCl), temos um cátion sódio para cada ânion cloro, ou seja, a proporção é de um para um. No caso do fluoreto de cálcio (CaF2), a proporção é de 1 cátion para 2 ânions. Para definir a fórmula mínima de uma substância iônica, devemos considerar que as substâncias são sempre neutras, ou seja, o total de cargas positivas será sempre igual ao de negativas.

Pense Qual será a fórmula do sulfeto do lítio (íons Li+ e S2–)?

Assim, para que a substância iônica denominada sulfeto de lítio seja neutra, serão necessários dois cátions lítio (Li+) para cada ânion enxofre (S2–). A fórmula mínima então será Li2S. Note que a fórmula das substâncias iônicas é, por convenção, representada pelo símbolo do cátion seguido do símbolo do ânion, com a indicação do índice ao lado e um pouco abaixo do símbolo de cada elemento. Um método prático para determinar a fórmula mínima, considerando que o total de cargas positivas é igual ao de negativas, é usar como índice da quantidade de cátions o total de cargas do ânion e como índice da quantidade de ânions o total de cargas do cátion. O esquema abaixo mostra como isso pode ser feito. Nele, a letra C representa um cátion, a letra A representa um ânion, x é o índice do ânion e y é o índice do cátion.

Cx+ + Ay– = CyAx Observe que, ao fazer esse procedimento, automaticamente, o total de cargas positivas (número de cátions y multiplicado pelo módulo de sua carga x) será igual ao total de cargas negativas (número de ânions x multiplicado pelo módulo de sua carga y). y·x=x·y

Como essa é uma representação mínima, sempre que possível os índices deverão ser simplificados. Assim, no caso do sulfeto de cálcio (íons Ca2+ e S2–), por exemplo, obtemos a fórmula Ca2S2. Simplificando os índices, obtemos a fórmula CaS.

234


CAPÍTULO

Existem substâncias iônicas que são formadas por grupamentos iônicos, ou seja, íons constituídos por mais de um átomo. Como exemplo, temos o cátion amônio (NH+4) e o ânion sulfato (SO42–). No próximo capítulo, você vai ver como eles são formados. Também nesses casos, a fórmula é representada considerando a carga do ânion e a do cátion. Para evitar confusão entre os índices do ânion e de sua proporção nas substâncias, colocamos o grupamento iônico entre parênteses. Por exemplo, a fórmula da substância sulfato de alumínio, resultado da ligação entre o ânion sulfato (SO42–) e o cátion alumínio (Al3+), é Al2(SO4)3, indicando que para cada três ânions são necessários dois cátions.

1 2 3 4

Exercícios 1. Na natureza, são conhecidos pouco mais de 90 elementos químicos. Como você explica a grande quantidade de substâncias existentes?

2. Com base no experimento de condutividade realizado pelo seu professor, explique por que o cloreto de sódio em solução conduz corrente elétrica e quando sólido, não.

3. O teste de condutibilidade indica se há a presença de íons. Imagine que se realize esse teste em duas soluções com excesso de cloreto de sódio depositado no fundo do recipiente, ambas à mesma temperatura, mas contendo quantidades diferentes de resíduos. Será que essas soluções apresentarão igual ou diferente condutibilidade elétrica? Justifique.

4. O hidróxido de sódio fundido conduz eletricidade. Como você explica essa propriedade se ele não está dissolvido na água?

5. Por que as substâncias formadas por íons positivos e negativos apresentam comportamento neutro, como é o caso do cloreto de sódio?

6. Sabendo-se que a água do mar é fonte rica em sais, explique o que acontece com os íons de um sistema formado por água do mar, à medida que ela vai evaporando até secar.

7. Use os seus conhecimentos sobre interações atômicas e explique por que os micro e os macronutrientes essenciais às plantas aparecem associados com os átomos de outros elementos químicos.

8. Explique quais são as limitações da regra do octeto e por que, mesmo assim, ela continua sendo utilizada.

FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

5 6

átomos de elementos como cálcio, iodo, magnésio, potássio, selênio, zinco e outros. Com a ajuda da tabela periódica, descubra se os elementos citados são cátions ou ânions.

7 8

11. Represente a estrutura de Lewis para os átomos dos seguintes elementos hipotéticos, conforme o seu grupo na tabela periódica: átomo A – grupo 1; átomo B – grupo 2; átomo C – grupo 13; átomo D – grupo 14; átomo E – grupo 15; átomo F – grupo 16 e átomo F – grupo 17.

12. A partir da tabela periódica e das estruturas de Lewis previstas para cada grupo de elemento representativo, apresente a estrutura de Lewis para os íons abaixo. c) 14Si4+. e) 9F–. a) 19K+. 2+ 2– d) 16S . b) 12Mg .

13. As substâncias iônicas são formadas pela interação entre cátions e ânions. Conforme o que foi estudado, faça a representação de Lewis e escreva a fórmula mínima dos sais constituídos pelas seguintes espécies químicas: a) Magnésio (grupo 2) e cloro (grupo 17). b) Lítio (grupo 1) e bromo (grupo 17). c) Cálcio (grupo 2) e flúor (grupo 17). d) Potássio (grupo 1) e flúor (grupo 17). e) Alumínio (grupo 13) e enxofre (grupo 16).

14. Conforme o que foi estudado, escreva a fórmula mínima das substâncias com base nas seguintes espécies químicas: a) NH4+ e NO2–. c) Ca2+ e PO43–. e) K+ e Fe(CN)4– . 6 2– – 3+ + b) Al e SO4 . d) Na e NO3 .

9. Por que os elementos dos grupos 1, 2, 13, 14, 15, 16, 15. (PUC-MG) Analise as seguintes afirmações: 17 tendem a obedecer à regra do octeto?

10. Como muitas vezes as pessoas não se alimentam corretamente, a alimentação não é completa, mas carente de vitaminas e sais minerais que contenham

I – Os cátions dos metais alcalinos, alcalinoterrosos e alumínio têm oito elétrons na última (mais externa) camada eletrônica. II – Os cátions de metais alcalinos, alcalinoterrosos e alumínio têm configuração eletrônica estável.

235


LIGAÇÕES QUÍMICAS

III – Na formação da ligação iônica, quando um átomo recebe elétron(s), transforma-se num ânion com configuração eletrônica semelhante à de um gás nobre. IV – Na formação da ligação iônica, quando um átomo de metal cede elétron(s), transforma-se num cátion com configuração eletrônica semelhante à de um gás nobre. São afirmativas corretas: a) I, II e III. c) II, III e IV. b) I e III apenas. d) II e III apenas.

16. Uma substância com fórmula A2B3 apresenta, em seus átomos no estado normal, número de elétrons na última camada, respectivamente, de: a) 2 e 3. c) 3 e 2. e) 3 e 3. b) 3 e 6. d) 6 e 2.

24. Com relação às substâncias iônicas, julgue os itens, marcan-

do em seu caderno C para os corretos e E para os errados. 1) Os elétrons situados na camada mais externa de um átomo são chamados elétrons de valência. 2) Os gases nobres têm tendência a perder um elétron para se tornar íons carregados positivamente. 3) Átomos de metais em geral possuem um, dois ou três elétrons no seu nível de energia mais externo e, ao reagir com átomos de não metais, que geralmente possuem cinco, seis ou sete elétrons na camada de valência, formam substâncias iônicas. 4) O cloreto de sódio é um sólido iônico. Um cristal visível dessa substância é um agregado de milhões desses íons arranjados desordenadamente na proporção de 1:1.

17. (UFJF-MG) Numa substância iônica XY3, sendo X o cá- 25. (UFF-RJ) Para que um átomo neutro de cálcio se transfortion e Y o ânion, no estado normal, os átomos X e Y devem possuir, respectivamente, na última camada: a) 3 e 6 elétrons. d) 3 e 7 elétrons. b) 5 e 7 elétrons. e) 1 e 3 elétrons. c) 2 e 5 elétrons.

18. Os átomos hipotéticos X e Y possuem, respectivamente, dois e seis elétrons na camada de valência. Qual a possível fórmula e o tipo de ligação da substância formada?

19. Considere as informações sobre os átomos dos elementos a seguir: A: é um metal e pertence ao grupo 2. B: é um não metal e pertence ao grupo 16. Qual é a fórmula da substância iônica formada por esses átomos?

20. Quantos elétrons possuem na camada de valência, respectivamente, os átomos dos elementos X e Y, no estado fundamental, em uma substância composta cuja fórmula é X3Y2, em que X é o cátion e Y é o ânion?

21. Um elemento químico que no seu estado fundamental apresenta a seguinte quantidade de elétrons, por nível, n1 = 2, n2 = 8, n3 = 3, tem tendência a: a) perder 2 elétrons. d) perder 3 elétrons. b) ganhar 3 elétrons. e) perder 1 elétron. c) ganhar 5 elétrons.

22. A fórmula do sulfeto de cálcio é CaS e do fosfeto de lítio é Li3P. Indique as fórmulas para as seguintes substâncias iônicas: sulfeto de magnésio, fosfeto de potássio e seleneto de magnésio.

23. Consultando a tabela periódica, indique qual é o elemento X com base na seguinte descrição: o elemento X reage com o potássio para formar a substância K2X e está no segundo período da tabela periódica.

236

me no íon Ca2+, ele deve: a) receber dois elétrons. b) receber dois prótons. c) perder dois elétrons.

d) perder dois prótons. e) perder um próton.

26. (UFRGS-RS) Ao se compararem os íons K+ e Br– com seus respectivos átomos neutros de que se originam, pode-se verificar que: a) houve manutenção da carga nuclear de ambos os íons. b) o número de elétrons permanece inalterado. c) o número de prótons sofreu alteração em sua quantidade. d) ambos os íons são provenientes de átomos que perderam elétrons. e) o cátion originou-se do átomo neutro a partir do recebimento de um elétron.

27. (Cesgranrio-RJ) Considere os seguintes pares de íons: Cr 3+ e Cl– Ag+ e NO3– NH4+ e PO3– 4 2– + 2+ 2– Li e CO3 Fe e S Assinale a opção que apresenta corretamente a fórmula da substância formada em cada par. a) Cr3Cl, Li(Cl3)2, Fe2S2, NH4(PO4)3. b) CrCl, LiCO3, AgNO3, FeS, NH4PO4. c) CrCl3, Li2CO3, AgNO3, FeS, (NH4)3PO4. d) Cr3Cl, Li(CO3)2, AgNO3, FeS, NH4(PO4)3. e) Cr2Cl, LiCO3, AgNO3, FeS, NH4(PO4)2.

28. (Mack-SP) Sabendo que o número de elétrons doados e recebidos deve ser o mesmo e que o cálcio doa dois elétrons e o flúor recebe somente um, então, ao se ligarem entre si átomos de cálcio e flúor, obtemos uma substância cuja fórmula correta é: a) CaF. b) Ca2F. c) F2. e) CaF2. d) Ca2F2.


CAPÍTULO

4 LIGAÇÃO COVALENTE

V

ocê já descobriu que as substâncias iônicas conduzem corrente elétrica em solução aquosa. Existem, porém, algumas substâncias que não conduzem eletricidade nem quando dissolvidas em água, conforme foi observado no experimento “A água sempre conduz eletricidade?” (página 226), como as substâncias classificadas no grupo Y. Y

1 2 3

Pense

4

É possível que átomos de diferentes elementos químicos interajam, completando octetos, sem, no entanto, formar íons?

5 6

As substâncias que não conduzem eletricidade, nem mesmo quando dissolvidas em água, não são constituídas por íons, mas por espécies eletricamente neutras. Portanto, na interação entre os átomos constituintes dessas substâncias, não há transferência de elétrons. A ligação entre esses átomos é explicada segundo outro modelo: a ligação covalente. Como vimos anteriormente, as ligações iônicas são interações entre íons: átomos, ou conjunto de átomos, que perderam ou ganharam elétrons. Certo? Nos íons, os átomos possuem configuração eletrônica semelhante à dos átomos de gases nobres, embora haja exceções, lembra-se?

7 8

Pense Como dois átomos de hidrogênio podem se unir e ficar com eletrosferas iguais às dos átomos do hélio?

Quando dois átomos de hidrogênio se aproximam, surgem, ao mesmo tempo, forças de atração e repulsão. Acompanhe: • os elétrons dos dois átomos se repelem; • os núcleos dos dois átomos se repelem; • o núcleo de cada átomo de hidrogênio atrai o elétron do outro.

Como será a ligação entre átomos de hidrogênio e de cloro, considerando que eles precisam de apenas um elétron para ficar com eletrosfera semelhante à de um gás nobre?

Ligação entre átomos de hidrogênio – molécula de hidrogênio Z (H) = 1

J. Yuji

Pense

Essas forças atingem um equilíbrio. Não há transferência de elétrons de um átomo para outro, ou seja, o elétron de cada átomo de hidrogênio continua atraído por seu respectivo núcleo, numa eletrosfera compartilhada pelos dois átomos. Assim, cada átomo de hidroH2 gênio passa a interagir com dois elétrons: o seu e o do átomo vizi1 par de elétrons nho. Os átomos de hidrogênio ficam com eletrosfera semelhante à dos átomos de hélio, sem transferir elétrons, mas compartilhando-os. Essa união de átomos por compartilhamento de elétrons, denominada ligação covaA união de átomos de hilente, ocorre por meio de pares de elétrons. drogênio: um jogo de forças opostas que reQuando um átomo de cloro se aproxima de um átomo de hidrogênio, nenhum dos dois sulta em equilíbrio. Para possui força suficiente para remover um elétron do outro. Como cada um deles precisa de um fins didáticos, o núcleo do elétron, há o compartilhamento – um elétron do átomo de hidrogênio e outro do átomo de átomo não foi desenhado cloro –, formando uma molécula de cloreto de hidrogênio. Esse par de elétrons passa a girar na proporção real. em torno dos dois núcleos atômicos, conferindo configuração de gás nobre aos dois átomos.

237


LIGAÇÕES QUÍMICAS

Ilustrações: J. Yuji

Representação do hidrogênio e do cloro

H (Z = 1)

O compartilhamento de elétrons entre o hidrogênio e o cloro faz ambos obedecerem à regra do octeto, mas lembre-se de que muitos átomos não seguem essa regra.

HCl

Cl (Z = 17)

Em geral, a ligação covalente ocorre entre átomos dos elementos representativos dos grupos 14 a 17 (de quatro a sete elétrons na camada de valência). Os átomos desses elementos, classificados como não metais, compartilham elétrons para completar o octeto. Portanto, podemos dizer que, em geral, enquanto as ligações iônicas ocorrem entre átomos de metais e não metais, as ligações covalentes ocorrem entre átomos de não metais. Contudo, há casos em que ocorrem ligações covalentes entre metais e não metais ou até entre metais.

5 TIPOS DE LIGAÇÃO COVALENTE

P

ara entendermos os diversos tipos de ligação covalente, vamos usar a representação eletrônica de Lewis. Nela, indicamos os elétrons da camada de valência de cada átomo, sendo que os elétrons compartilhados são representados entre os símbolos dos átomos ligantes. Veja como fica a molécula de cloro (Cl2). Observe que, isoladamente, cada átomo de cloro possui sete elétrons na camada de valência. Entretanto, quando se ligam, eles passam a compartilhar dois elétrons – um de cada átomo –, adquirindo estrutura eletrônica semelhante à dos átomos de argônio. Essa é a denominada ligação covalente simples, porque há compartilhamento de um par de elétrons originários dos dois átomos ligantes. Vejamos agora a representação de Lewis para a molécula de água. Observe o número de elétrons dos átomos de hidrogênio e de oxigênio.

Cl

Cl Cl Cl

H (Z = 1)

H

Oxigênio O (Z = 8)

O

Os átomos de hidrogênio possuem um elétron na camada de valência e precisam de mais um para completá-la. Os átomos de oxigênio têm seis elétrons na camada de valência e, portanto, precisam de mais dois para atingir os oito necessários. Dessa forma, ambos seguem a regra do octeto.

238

J. Yuji

Hidrogênio J. Yuji

Representação dos átomos de cloro antes e depois de ligados para formar uma molécula de cloro (Cl2).

J. Yuji

Cl


CAPÍTULO

Pense Como podem se arranjar os átomos de oxigênio e hidrogênio na formação da molécula de água, de modo que todos os átomos fiquem com configuração de gás nobre?

1

H20

J. Yuji

O compartilhamento de um par de elétrons entre um átomo de oxigênio e um de hidrogênio satisfaz este, mas o oxigênio precisa de outro elétron para seu octeto. É necessário, então, outro átomo de hidrogênio. Temos, portanto, o compartilhamento de elétrons do átomo de oxigênio com dois átomos de hidrogênio, obtendo duas ligações covalentes simples. Veja abaixo como fica a representação de Lewis.

2 3 4 5 6 7

H

O

H

Sabendo que o carbono tem quatro elétrons na sua camada de valência e que o oxigênio tem seis, proponha a fórmula de Lewis para a molécula de dióxido de carbono (CO2).

Se considerarmos apenas uma ligação entre os dois átomos de oxigênio e um de carbono, não será possível que cada átomo fique com oito elétrons em sua camada de valência. Para atingir o octeto, será necessária mais de uma ligação, ou seja, que o átomo de carbono compartilhe mais elétrons com os átomos de oxigênio. Veja a fórmula ao lado. Observe que entre os átomos de carbono e de oxigênio há compartilhamento de dois pares de elétrons. As ligações em que são compartilhados dois pares de elétrons são denominadas ligações covalentes duplas.

8

Observe que na molécula de água tanto os átomos de hidrogênio como o de oxigênio completam a sua camada de valência, conforme prevê a regra do octeto.

Pense

Estrutura de Lewis para a molécula de dióxido de carbono (CO2) J. Yuji

J. Yuji

Estrutura de Lewis para a molécula de água

O

C

O

Pense Como será a representação de Lewis para a molécula de nitrogênio (N2)?

O nitrogênio possui cinco elétrons na sua camada de valência. Para seguir a regra do octeto, cada átomo precisa de mais três elétrons. Na molécula da substância nitrogênio, cada dois átomos compartilham três pares de elétrons, ficando, dessa forma, com oito elétrons. Esse tipo de ligação, em que dois átomos compartilham três pares de elétrons, é denominado ligação covalente tripla. Veja a apresentação da molécula de nitrogênio e analise a representação eletrônica de Lewis para o dióxido de enxofre (SO2).

J. Yuji

Estrutura de Lewis para o dióxido de enxofre (SO2) J. Yuji

Estrutura de Lewis para a molécula de nitrogênio (N2) N

N

O

S

O

239


Pense Verifique se, de acordo com a figura apresentada anteriormente, a estrutura eletrônica de todos os átomos obedece à regra do octeto. Compare essa estrutura com as já apresentadas para o gás nitrogênio, o dióxido de carbono, a água e o gás cloro. Qual seria a diferença entre essas estruturas e a do dióxido de enxofre?

LIGAÇÕES QUÍMICAS

Observe que na representação do dióxido de enxofre (SO2) a estrutura eletrônica de todos os átomos obedece à regra do octeto. Entretanto, a interação do segundo átomo de oxigênio com o átomo de enxofre só é possível porque este ainda tem dois pares de elétrons livres (que não estão envolvidos em nenhuma ligação). Nesse caso, não há transferência de elétrons do enxofre para o oxigênio, pois isso implicaria uma quebra da estabilidade eletrônica do enxofre. Nesses casos, um par de elétrons livres do átomo de enxofre passa a ser compartilhado com o segundo átomo de oxigênio. A diferença entre as estruturas do dióxido de carbono e do dióxido de enxofre é que neste último os elétrons compartilhados em uma das ligações originam-se de um só átomo. É a chamada ligação covalente coordenada coordenada, que antigamente era chamada ligação covalente dativa. Ela é relativamente comum e está presente em diversas substâncias covalentes. Ligações desse tipo são encontradas em átomos de nitrogênio no HNO3, fósforo no H3PO4, enxofre no SO2, cloro no HClO4, entre outros. Em termos de interação entre os átomos, em nada difere da ligação covalente em que os elétrons são provenientes dos dois átomos.

6 FÓRMULA ESTRUTURAL

Fórmula estrutural da água

A

representação de Lewis é útil para mostrar a configuração eletrônica dos átomos constituintes das substâncias e indicar se estão de acordo com a regra do octeto. No caso das ligações covalentes, os químicos usam uma fórmula mais simples para representar as moléculas: os pares de elétrons compartilhados são substituídos por barras e os elétrons não compartilhados não são representados, como indica a fórmula da molécula de água (H2O) ao lado. Ela indica como os átomos estão arranjados nas moléculas e, por isso, é denominada fórmula estrutural. Existem substâncias que possuem a mesma fórmula molecular, mas diferentes propriedades químicas e físicas. Por quê? Isso acontece porque, embora as moléculas dessas substâncias sejam constituídas pela mesma quantidade de átomos, a forma de organização destes é diferente. Essas substâncias são chamadas isômeras e podem ser diferenciadas pela fórmula estrutural. A propanona (acetona) e o propanal, por exemplo, possuem a mesma fórmula molecular (C3H6O), mas diferentes fórmulas estruturais. Veja: Fórmula estrutural da propanona ou acetona

240

Fórmula estrutural do propanal


Propanal

–95 °C

–81 °C

56 °C

49 °C

Solubilidade em 100 g de água

insolúvel

20 g (20 °C)

Densidade

0,7 g/mL

0,81 g/mL

Temperatura de fusão Temperatura de ebulição

Observe que a ligação covalente dupla é representada na fórmula estrutural por meio de duas barras entre os dois átomos ligantes. Da mesma forma, a ligação covalente tripla é representada por três barras, por exemplo, na molécula do ácido cianídrico (HCN). As figuras abaixo apresentam a fórmula eletrônica de Lewis e a fórmula estrutural do ácido nítrico (HNO3). Observe que a primeira indica que o nitrogênio apresenta duas ligações covalentes simples com átomos de oxigênio, sendo uma delas uma ligação coordenada, e uma ligação covalente dupla com um terceiro átomo de oxigênio. Observe que na fórmula estrutural representamos as ligações coordenadas por barras, como nas ligações covalentes simples, porque, depois de formadas, elas são equivalentes, não importando a qual átomo os elétrons compartilhados pertenciam.

J. Yuji

Fórmula eletrônica de Lewis H

O

N

Fórmula estrutural da molécula de ácido nítrico

O

O

CAPÍTULO

Propanona

As fórmulas estruturais da propanona e do propanal definem as diferenças entre propriedades físicas e químicas.

Fórmula estrutural da molécula de ácido cianídrico

1 2 3 4 5 6 7 8

Fórmula eletrônica de Lewis e fórmula estrutural da molécula de ácido nítrico (lembre-se de que os elétrons somente são representados em cores diferentes para facilitar a visualização).

7 CONSTITUINTES MOLECULARES

C

E AMOLECULARES

ompreendendo como ocorrem as ligações químicas entre os átomos, agora podemos imaginar como estão organizados os constituintes das substâncias. O mais popularmente conhecido é a molécula.

Pense O que você entende por molécula?

Em geral, essa palavra é empregada para denominar o constituinte de qualquer substância. Mas em Química não é bem assim. Agora você já tem condições de aprender o que os químicos entendem por moléculas. Primeiramente, comecemos pelo conceito de constituinte. Todas as substâncias são formadas por átomos de elementos químicos que estão isolados ou combinados por meio de ligações químicas. O átomo isolado ou o conjunto de átomos que caracteriza a substância é denominado constituinte e é representado por uma fórmula química. O gás neônio, usado em painéis luminosos, é constituído por átomos isolados de neônio. Portanto, o seu constituinte é o átomo de neônio e a sua fórmula química é Ne. O cloreto de sódio, principal substância encontrada no sal de cozinha, é constituído pelos íons sódio (Na+) e cloreto (Cl–). Logo, essa substância é caracterizada pelo constituinte representado pela

241


H2O J. Yuji

Respeitadas as proporções, se pudéssemos visualizar os constituintes da água, iríamos identificar pequenas estruturas formadas por dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio, as quais denominamos moléculas.

H2 O2 Os constituintes moleculares são átomos ou conjuntos definidos de átomos, representados pelas fórmulas moleculares.

242

CI2

J. Yuji

NH3

J. Yuji

N2

J. Yuji

As fórmulas de substâncias cujos constituintes são moleculares são chamadas fórmulas moleculares. Elas expressam o número total de cada tipo de átomo unido na estrutura química e, por isso, não podem ser simplificadas. Assim, a fórmula molecular da água oxigenada é H2O2 e não pode ser simplificada para HO.

J. Yuji

J. Yuji

LIGAÇÕES QUÍMICAS

Nas redes cristalinas iônicas, os átomos estão todos interligados com os átomos vizinhos. Nesta ilustração, átomos do elemento químico sódio são representados na cor cinza e átomos cloro são representados na cor verde e em tamanho maior. O átomo central de cloro foi destacado em uma tonalidade mais escura, embora seja igual aos demais, para facilitar a análise da imagem. Note que esse átomo central de cloro é rodeado por seis átomos de sódio. Esses, por sua vez, são rodeados por outros átomos de cloro, em uma estrutura que se repete continuamente.

fórmula química NaCl. Já a água é constituída por entidades químicas formadas por dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio, que estão unidos por ligação covalente, e seu constituinte é representado pela fórmula química H2O. Os átomos dos constituintes de muitas substâncias estão interligados em redes contínuas, como acontece com as substâncias iônicas, em que os átomos não estão isolados nem independentes, pois interagem de maneira muito forte com íons vizinhos. Observe que, na ilustração abaixo de retículos cristalinos de substâncias iônicas, há interações iônicas entre todos os átomos vizinhos. Existem substâncias em que os átomos combinam-se com um número restrito de outros átomos, caracterizando entidades isoladas e eletricamente neutras. Veja na ilustração a seguir que nos constituintes da água as ligações covalentes não aparecem entre todos os átomos vizinhos, mas apenas entre um número restrito de átomos (dois de hidrogênio e um de oxigênio). Esse tipo de constituinte é chamado molécula. molécula Como exemplos de substâncias formadas por moléculas, podemos citar a água (H2O), o dióxido de carbono (CO2), a amônia (NH3) e o hélio (He). Assim, podemos definir molécula como entidade constituída por um número definido de átomos que têm existência independente.


CAPÍTULO

Os constituintes das substâncias iônicas, denominados amoleculares, formam redes contínuas e não possuem existência independente, ou seja, não se apresentam como entidades isoladas, como se pode observar na ilustração abaixo. Essas substâncias são representadas por fórmulas mínimas,, que fornecem as relações mínimas entre seus íons. Ca2+

F–

CsCl

Cs+

BaO

Cl–

Ba2+

O2–

Ilustrações: J. Yuji

CaF2

1 2 3 4 5 6 7

Os constituintes amoleculares são átomos ou conjuntos de átomos ligados indefinidamente com todos os átomos das vizinhanças. Suas fórmulas indicam a relação mínima entre os átomos.

Hely Demutti

J. Yuji

Rede cristalina de quartzo

J. Yuji

Rede cristalina do diamante

Joel Arem/Photo Researcher

Nos sólidos reticulares (constituintes amoleculares), os átomos estão interligados continuamente, de forma que o constituinte não é uma entidade isolada, como acontece na molécula.

Molécula de fulereno

J. Yuji

Não só as substâncias iônicas formam redes cristalinas. Substâncias que apresentam ligações covalentes também podem se apresentar dessa forma. Essas substâncias, denominadas reticulares, são geralmente duras, quebradiças, más condutoras de corrente elétrica e apresentam elevadas temperaturas de fusão e ebulição. Algumas delas, entretanto, não apresentam essas características típicas, como é o caso da grafite, que é um sólido com boa condutividade elétrica. Como exemplo típico de sólidos reticulares, temos o diamante e o quartzo. Observe na ilustração abaixo que os átomos de carbono estão ligados a todos os átomos vizinhos. Nesse caso, os átomos não formam entidades isoladas, como acontece em outra forma alotrópica do carbono: o fulereno. No diamante e no quartzo, as ligações entre os átomos são contínuas e não há formação de uma entidade isolada. Os seus constituintes são chamados constituintes amoleculares. O carbono é um elemento químico que possui a propriedade curiosa de apresentar diferentes formas alotrópicas, ou seja, formar diferentes substâncias simples com organizações cristalinas diferentes. No caso do fulereno, os átomos de carbono se ligam a diversos átomos vizinhos, mas forma-se uma estrutura final, que é delimitada por determinado número de átomos. A figura ao lado apresenta um fulereno constituído por 60 átomos de carbono que caracterizam uma entidade isolada: a molécula de fulereno.

8

Observe a diferença entre um constituinte molecular e um amolecular. Enquanto no fulereno identificamos um grupo de átomos que constituem uma entidade independente, composta por 60 átomos de carbono, o constituinte do quartzo e do diamante é formado por uma rede de átomos interligados, cujo limite é a extensão do corpo do cristal.

243


H2CO3

J. Yuji

LIGAÇÕES QUÍMICAS

Veja que os constituintes das substâncias podem ser classificados em moleculares, quando formam uma entidade independente, ou amoleculares, quando não possuem existência independente dos demais. Os constituintes moleculares, na maioria das vezes, são poliatômicos, ou seja, constituídos pela união de mais de um átomo. Esses constituintes podem ser também monoatômicos, isto é, formados por apenas um átomo, caso típico dos gases nobres, cujas moléculas são constituídas por átomos isolados desses elementos químicos. Os constituintes moleculares poliatômicos são formados exclusivamente por meio de ligações covalentes entre seus átomos e unem-se uns aos outros por interações fracas. Os constituintes amoleculares unem-se uns aos outros por ligações iônicas, como os sais, ou covalentes, como o diamante (veja figura na página anterior), ou metálicas. Observe ainda que as substâncias podem ser formadas por mais de um tipo de ligação química. Muitos constituintes iônicos são formados a partir de grupos de átomos que estão unidos por ligação covalente em que uma das ligações foi rompida. Nesse caso, um dos átomos desse grupo fica com um elétron a mais, proveniente da ligação rompida, ou um elétron a menos, que foi transferido a outro átomo ligante. Esse processo de quebra da ligação covalente, formando íons, é denominado ionização (veja figura a seguir). Quando o átomo que rompeu a ligação covalente está ligado a outros átomos por meio de ligações covalentes, todo o grupo de átomos a que ele está unido passa a ser denominado grupamento iônico.

2–

H O

C

O

H

ionização

O

O

C

O

+ 2[ H ]+

O

Observe, a seguir, que diversas substâncias iônicas apresentam em seus constituintes ligações covalentes. Fórmula de Lewis do nitrato de sódio (NaNO3)

J. Yuji

J. Yuji

Fórmula de Lewis do cloreto de amônio (NH4CI) +

H H N

H

+

[ Na]

Cl

+

H

O

N

O

O

J. Yuji

Fórmula de Lewis do nitrito de sódio (NaNO2) –

[ Na]+

244

O

N

O

Observe que alguns átomos nessas substâncias, além de compartilharem elétrons na camada de valência, ainda receberam ou perderam elétrons de outros átomos e, por isso, toda a estrutura do grupamento fica com uma carga correspondente à carga total de elétrons recebidos ou perdidos.


FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

1. O sal, o açúcar sólido e a solução de açúcar não condu- 10. Classifique as substâncias representadas pelas fórmulas químicas a seguir quanto ao tipo de ligação (iônica ou covalente), utilizando a notação de Lewis e a tabela periódica. a) KF. b) SiO2. c) SO3. d) Al2S3.

1

11. Dê a fórmula de Lewis e a fórmula estrutural para as

6

zem eletricidade, mas a solução de sal, sim. Explique a diferença dessas substâncias quanto à propriedade de condutibilidade elétrica.

2. Explique como ocorre a ligação covalente na interação núcleo-eletrosfera.

3. O hidrogênio é um elemento químico cujos átomos podem se ligar a átomos de um metal ou de um não metal. Qual é o tipo de ligação existente quando o hidrogênio forma uma substância composta com um metal? E quando forma uma substância com um não metal?

4. Qual é a diferença entre ligação covalente e ligação iônica?

5. Diferencie fórmula mínima de fórmula molecular. Dê exemplos de ambas.

6. O nitrato de potássio (KNO3) é um sal usado como

fertilizante. Nele, existem ligações covalentes entre os átomos de oxigênio e o de nitrogênio. O constituinte dessa substância é iônico ou molecular? Justifique.

7. Utilize a notação de Lewis para representar a estrutura das substâncias formadas pelos átomos dos elementos de cada item. Dê a fórmula molecular e identifique o tipo de ligação (simples, dupla, tripla). Para isso, localize na tabela periódica o grupo a que os elementos pertencem e o número de elétrons de sua camada de valência. a) 1H e 16S. b) 6C, 1H (2 átomos) e 8O. c) 6C (1 átomo) e 9F (4 átomos). d) 8O (2 átomos). e) 6C (2 átomos), H (2 átomos).

8. O dióxido de carbono (CO2) é um dos principais

responsáveis pelo efeito estufa. Quantos elétrons são compartilhados numa molécula desse gás? Faça a representação de Lewis para essa molécula e cite o tipo de ligação.

9. O monóxido de carbono (CO) é um gás molecular tóxico, liberado pelos canos de escapamentos dos veículos. Responda aos itens a seguir (caso necessário, utilize a tabela periódica). a) Represente por meio da notação de Lewis a ligação covalente desse gás. b) Qual é o tipo de ligação que ele apresenta e qual é a diferença da ligação covalente apresentada pelo dióxido de carbono?

CAPÍTULO

Exercícios

seguintes substâncias: Nome da substância

a) b) c) d) e) f) g) h) i) j)

Fórmula molecular

Nitrogênio

(N2)

Tetraclorometano

(CCl4)

Dióxido de carbono

(CO2)

Água

(H2O)

Ácido clorídrico

(HCl)

Dióxido de enxofre

(SO2)

Gás metano

(CH4)

Trióxido de enxofre

(SO3)

Amônia

(NH3)

Hidrazina

(N2H4)

2 3 4 5

7 8

12. Identifique, na questão acima, se existe alguma substância com ligação do tipo covalente coordenada. 13. O ácido nítrico (HNO3) é usado na separação da prata do ouro, na decapagem do latão. No entanto, o principal emprego é na fabricação de nitratos, inorgânicos e orgânicos. Proponha uma estrutura de Lewis para esse ácido, identifique o tipo de ligação e a sua fórmula estrutural.

14. O refrigerante é uma bebida gaseificada de bastante aceitação. As bolhas que percebemos nessa bebida são formadas de dióxido de carbono (CO2), que pode ser obtido pela reação: C4H6O(s) + 2NaHCO3(s) ( C4H4N2O6(s) + 2H2O(l) + 2CO2(g). Indique quais substâncias são iônicas e quais são covalentes. 15. Represente a estrutura de Lewis para o NH3. 16. Julgue os itens a seguir marcando C para os corretos e E para os errados. 1) Uma ligação covalente consiste em um par de elétrons compartilhados entre dois átomos. 2) Na ligação iônica, ocorre transferência de elétrons entre os átomos, levando à formação de um par de íons carregados.

245


17. (FGV-RJ) As unidades constituintes do sólido óxido de magnésio, iodo e platina são, respectivamente: a) átomos, íons e moléculas. b) íons, átomos e moléculas. c) íons, moléculas e átomos. d) moléculas, átomos e íons. e) moléculas, íons e átomos.

18. (Vunesp) Os elementos X e Y têm, respectivamente, dois e seis elétrons na camada de valência. Quando X e Y reagem, forma-se uma substância: a) covalente, de fórmula XY. b) covalente, de fórmula XY2. c) covalente, de fórmula X2Y2. d) iônica, de fórmula X2+ Y2–. e) iônica, de fórmula X2– Y2+.

19. (UFBA-adaptado) Sobre ligações químicas, pode-se afirmar: a) Os elementos da tabela periódica de números atômicos 17, 35 e 53 podem formar uma ligação covalente simples e três ligações covalentes coordenadas. b) Os elementos do grupo IV (família 14) realizam, exclusivamente, ligações covalentes. c) As ligações coordenadas somente se efetivam após o átomo doador ter completado seu octeto. d) Na substância H2C L CH K C M C K H existe ligações iônicas e covalentes.

20. (UC-BA) Ao formar ligações covalentes com o hidrogênio, a eletrosfera do silício adquire configuração de gás nobre. Com isso, é de se esperar a formação da molécula: a) SiH. b) SiH2. c) SiH3. d) SiH4. e) SiH5.

21. (Mack-SP) Das substâncias (I) gás hélio, (II) cloreto de sódio, (III) gás nitrogênio e (IV) água, apresentam somente ligações covalentes normais em sua estrutura:

246

a) b) c) d) e)

I e III. III e IV. I e IV. II e III. I e II.

22. (UFRJ) Os elementos químicos que apresentam a última camada eletrônica incompleta podem alcançar sua estrutura mais estável, unindo-se uns aos outros. a) De que forma se podem ligar dois átomos que precisam ganhar elétrons? b) Dois elementos situam-se um no segundo período e subgrupo 4A, e o outro, no terceiro período e subgrupo 7A da tabela periódica. Qual será a fórmula provável da substância por eles formada?

23. (UFPR) Das fórmulas estruturais a seguir, assinale a(s) correta(s). a) CO2: b) H3PO4: c) HNO3– : d) NH+4: e) HCN: f) HCOOH:

24. (UnB-DF) Em 1993, a revista Superinteressante publicou um artigo que descreve a utilização de computadores para a elaboração da estrutura de moléculas, como o ácido sulfúrico, a sacarina e até a hemoglobina, cuja massa, segundo o autor, é 65 000 vezes a massa do hidrogênio. Com o auxílio dessas informações, julgue os itens seguintes, a respeito de estrutura molecular, marcando C para os corretos e E para os errados. 1) Cada molécula de hemoglobina possui 65 000 átomos de hidrogênio. 2) A fórmula molecular de toda substância equivale a sua fórmula mínima. 3) A fórmula estrutural plana de uma molécula representa a distribuição espacial dos átomos. 4) O ácido sulfúrico é uma substância iônica.

J. Yuji

LIGAÇÕES QUÍMICAS

3) A estrutura de Lewis para o gás hélio é He:He. 4) As ligações químicas na molécula da água são iônicas. 5) Substâncias iônicas são representadas por fórmulas moleculares. 6) Os constituintes das substâncias iônicas são amoleculares e não se apresentam como entidades isoladas.


CAPÍTULO

8 REPRESENTAÇÃO GEOMÉTRICA

DAS MOLÉCULAS

1

V

ocê já deve ter visto ou jogado um game 3D (jogo tridimensional). Além das duas dimensões existentes no plano – largura e altura –, a imagem tridimensional transmite a sensação de profundidade, ou seja, volume. Veja a diferença nas figuras ao lado. A distribuição dos átomos nas moléculas ocorre em três dimensões e é responsável por muitas propriedades das substâncias. Assim como fizemos com o cubo, podemos representar a organização dos átomos nas moléculas das substâncias em uma folha de papel. Essa representação dos átomos distribuídos espacialmente (3D) demonstra a forma geométrica da molécula. Para facilitar a visualização espacial das moléculas, é comum utilizarmos modelos em que esferas – representando os átomos – são unidas por barras, que representam as ligações químicas. Observe que a fórmula estrutural indica como os átomos estão ligados entre si e os tipos de ligação existentes, mas não representa a distribuição no espaço, quer dizer, ela representa no plano as ligações sem indicar suas orientações. Por isso, essa fórmula é também denominada fórmula estrutural plana.

CH4

J. Yuji

3

5 6 7 8

J. Yuji

Representação tridimensional de um cubo

Modelo espacial do metano CH4

Metano (CH4), gás incolor, inodoro e inflamável, conhecido como gás natural, pode ser representado pela fórmula estrutural plana ou pela forma geométrica. Nas representações geométricas usadas neste livro, a representação do tamanho dos átomos não está na proporção real, mas tenta dar ideia das diferenças de tamanho.

Repare que a distribuição no espaço dos átomos de hidrogênio, que estão ao redor do carbono, ocupa os vértices de uma figura geométrica tetraédrica.

J. Yuji

Forma geométrica tetraédrica do metano 1

5 4

2 3

Observe que na representação da forma geométrica da molécula de metano há a formação de um tetraedro, pirâmide de base triangular. Percebe-se que três átomos de hidrogênio (2, 3 e 4), ligados ao átomo central de carbono (5), formam a base do tetraedro na parte inferior da molécula. O outro átomo de hidrogênio (1) está no topo do tetraedro. Nessa figura, os átomos 1, 2 e 5 estão representados no plano da folha e, por isso, são unidos por linhas simples. O átomo 3 está representado para a frente, como se percebe pela linha que é mais grossa próxima a ele. O átomo 4 é representado atrás do plano da folha por uma linha descontínua que se afina.

247

J. Yuji

4

J. Yuji

J. Yuji

Fórmula estrutural plana do metano

2

Representação bidimensional de um cubo


Para facilitar a visualização espacial das moléculas, é comum utilizarmos modelos em que esferas – representando os átomos – são unidas por barras, que representam as ligações químicas. Propanona (acetona)

LIGAÇÕES QUÍMICAS

J. Yuji

J. Yuji

Álcool etílico (etanol)

Água

Como a teoria do octeto não dá subsídios para a previsão da forma geométrica das moléculas, foi preciso elaborar outras teorias e outros modelos. Por exemplo, as moléculas de água (H2O) e de dióxido de carbono (CO2) têm dois átomos ligados a um terceiro. No entanto, como podemos observar na figura abaixo, elas possuem geometrias diferentes. Os químicos desenvolveram diversas teorias para explicar essa geometria e, atualmente, podem fazer previsões no computador sobre as estruturas espaciais de moléculas. Esse estudo é fundamental, porque as propriedades das substâncias estão relacionadas com a geometria de suas moléculas. H2O

Dióxido de carbono CO2

No quadro abaixo são apresentadas representações geométricas de algumas moléculas. Recomenda-se sempre indicar o ângulo da ligação entre dois átomos vizinhos a um terceiro para que se possa ter uma noção da orientação tridimensional dos átomos na molécula.

248

Nome

Fórmula molecular

Metanal

CH2O

Amônia

NH3

Ácido cianídrico

HCN

Forma geométrica

J. Yuji

J. Yuji

Representações de moléculas de álcool etílico (etanol) e de propanona (acetona).


Observe que as ligações covalentes no diamante criam uma estrutura rígida. Já no grafite, como essas ligações são no mesmo plano e as ligações entre cada plano de grafite são interações de Van der Waals (veja conceito no próximo capítulo), muito mais fracas dos que as ligações covalentes, com facilidade elas podem ser rompidas, o que torna a grafite quebradiça.

1 2 3 4 5 6 7

Rede cristalina do grafite 0,14 nm Átomos de carbono

Ligações covalentes

Interações de Van der Waals

J. Yuji

J. Yuji

Rede cristalina do diamante

CAPÍTULO

Ambos têm a mesma composição: átomos de carbono. Mas a moedinha que você usa para comprar um lápis não dá para comprar um anel com diamante... O diamante é muito mais raro, mais caro e, não há quem discorde, mais bonito. Sabe por quê? A diferença entre as duas substâncias está na forma de organização dos seus átomos. No diamante, cada átomo está ligado a outros quatro, constituindo uma estrutura tridimensional, que confere rigidez ao sólido formado. No caso da grafite, cada átomo está ligado a três átomos do mesmo plano e, mais fracamente, a átomos de outros planos. A substância é formada pela sobreposição desses planos. Como a interação entre os diferentes planos é fraca, um pode deslizar sobre o outro. Isso permite que placas das substâncias sejam arrancadas ao atritar grafite com outro material. Por isso, quando você escreve, o papel risca o lápis. Já o diamante é utilizado para riscar materiais duros, como o aço. Eis aí um bom exemplo em que a geometria da molécula faz toda a diferença.

8

Alfred Pasieka/Science Photo Library

0,34 nm

Hely

D em

ut ti

Teoria da repulsão dos pares de elétrons Em 1950, os químicos Ronald J. Gillespie [1924-], canadense, e Ronald Sydney Nyholm [1917-1971], australiano, propuseram um modelo denominado “Teoria da repulsão entre os pares de elétrons da camada de valência”, que permite prever a geometria molecular. Segundo essa teoria, os elétrons da camada de valência são distribuídos, aos pares, ao redor do átomo, como se estivessem em uma esfera, afastados o máximo possível para diminuir a repulsão. A figura abaixo mostra como de dois a seis pares de elétrons podem ser dispostos em uma superfície esférica, obtendo a menor repulsão eletrostática possível.

Arranjos relativos mais estáveis de cargas pontuais sobre uma superfície esférica são obtidos minimizando-se a repulsão eletrostática entre elas.

2

J. Yuji

Repulsão eletrostática

3

4

5

6

249


LIGAÇÕES QUÍMICAS

Os elétrons de valência que participam da ligação covalente são denominados ligantes; os que não participam da ligação são os não ligantes. O átomo que se une a outros é denominado átomo central. Os que se ligam ao central ficam distribuídos de acordo com a orientação espacial dos elétrons ligantes que estão ao redor do átomo central. O quadro abaixo apresenta as fórmulas de Lewis e a geometria para algumas substâncias. Nome

Fórmula

Estrutura de Lewis

Geometria

Gás metano

CH4

4 pares de elétrons ligantes (C K H)

Tetraédrica

Amônia

NH3

3 pares de elétrons ligantes (N K H) 1 par de elétrons não ligantes

Piramidal

Água

H2O

2 pares de elétrons ligantes (O K H) 2 pares de elétrons não ligantes Angular

Dióxido de carbono

CO2

4 pares de elétrons ligantes (C L O)

Linear

Hidreto de boro

BH3

3 pares de elétrons ligantes (B K H)

Trigonal plana

Os átomos de hidrogênio que se ligam aos átomos centrais vão ocupar os vértices da figura formada. Como normalmente não representamos os pares de elétrons não ligantes, observaremos uma geometria tetraédrica para a molécula de metano, uma forma piramidal para a de amônia e uma forma angular (forma de V) para a de água.

9 POLARIDADE DAS MOLÉCULAS

N

a ligação covalente não há formação de íons. Isso você já sabe. O que talvez você não saiba é que em muitas substâncias, apesar de os átomos não terem perdido nem ganhado elétrons, as cargas elétricas não são distribuídas de forma homogênea, fazendo com que partes distintas das moléculas fiquem positivas e outras negativas. As moléculas que possuem cargas elétricas deslocadas são denominadas polares (têm pequenos polos elétricos positivos e negativos) e as que não possuem são apolares. O estudo da polaridade das moléculas permite fazer previsões de muitas das propriedades de suas substâncias, como veremos no próximo capítulo.

Como se formam polos nas moléculas? Em uma ligação covalente entre dois átomos iguais, como na molécula de H2, os dois átomos participantes atraem simultaneamente e com a mesma intensidade o par de elétrons ligantes.

Pense Será que, quando a ligação covalente ocorre entre átomos diferentes, eles atraem os elétrons para a sua eletrosfera com igual intensidade?

O químico norte-americano Linus Carl Pauling [1901-1994] observou que os átomos dos elementos químicos apresentavam diferentes intensidades de atração sobre os pares eletrônicos em ligações covalentes. Essa diferença de intensidade, responsável por diversas propriedades químicas e físicas das substâncias, foi denominada eletronegatividade.

250


Por sua importante contribuição ao estudo das ligações químicas e da estrutura das substâncias inorgânicas, Linus Pauling recebeu em 1954 o Prêmio Nobel de Química. Em 1962, foi agraciado com o Nobel da Paz por sua luta contra a utilização de armas nucleares.

F

3,98

O

3,44

Cl

3,16

N

3,04

Br

2,96

I

2,66

S

2,58

C

2,55

H

2,20

Fr

0,7

Agora é possível entender como se formam polos nas moléculas e representá-los. Vamos começar com um exemplo simples: uma molécula de hidrogênio. Nela, temos apenas dois átomos iguais, cujos núcleos exercem a mesma força de atração sobre os elétrons envolvidos na ligação, pois possuem a mesma eletronegatividade. Nesse sentido, esses elétrons são igualmente compartilhados pelos dois átomos e não há formação de polos elétricos entre eles. É a denominada ligação covalente apolar.

2 3 4 5 6

H

Pense Como estão distribuídos os elétrons compartilhados pelos átomos de hidrogênio e de cloro numa molécula de cloreto de hidrogênio (HCl)?

De acordo com a tabela de eletronegatividade, os valores do cloro e do hidrogênio são respectivamente 3,16 e 2,20. Isso significa que o átomo de cloro atrai o par de elétrons compartilhado com maior intensidade do que o átomo de hidrogênio. Atraindo os elétrons em sua direção, o átomo de cloro provoca um desequilíbrio de cargas na molécula, criando um acúmulo de carga negativa do seu lado e, consequentemente, acúmulo de carga positiva do lado do átomo de hidrogênio. Surge, então, um polo positivo do lado do átomo de hidrogênio e um negativo do lado do átomo de cloro.

H

7 8

J. Yuji

Eletronegatividade

1

Nobel Foundation

VALORES DE ELETRONEGATIVIDADE DOS ÁTOMOS DE ALGUNS ELEMENTOS QUÍMICOS Elemento

CAPÍTULO

Os átomos que possuem maior eletronegatividade são aqueles que têm maior tendência a atrair os elétrons das ligações covalentes das quais participam. Alguns cientistas propuseram diferentes métodos para a determinação da eletronegatividade. A escala de eletronegatividade mais utilizada foi proposta por Pauling, que atribuiu, arbitrariamente, valor 3,98 para o flúor (átomos mais eletronegativos) e 0,7 para o frâncio (átomos menos eletronegativos). A determinação da eletronegatividade dos átomos dos outros elementos (veja tabela a seguir) é estabelecida com base na comparação com os átomos de flúor e frâncio. Os valores de eletronegatividade não são absolutos. Eles representam a diferença comparativa entre as intensidades dos átomos participantes de uma ligação covalente ao atrair elétrons ligantes.

Na ligação entre dois átomos de igual eletronegatividade, os elétrons são compartilhados igualmente pelos dois átomos. A região ao redor dos núcleos é onde os elétrons se movimentam.

251


J. Yuji

H Cl

LIGAÇÕES QUÍMICAS

δ+

Representações da molécula de cloreto de hidrogênio, com dipolos.

As ligações nas quais ocorrem compartilhamentos desiguais de elétrons entre os átomos ligantes são denominadas ligações covalentes polares. O polo obtido na ligação refere-se a uma carga parcial, uma vez que os elétrons estão sendo compartilhados e não transferidos de um átomo δ− para outro, como acontece na ligação iônica. Tal carga parcial é representada pela letra grega delta: ß. A polaridade da ligação, ou seja, o grau em que o par de elétrons é compartilhado, depende da diferença de eletronegatividade entre os átomos ligantes. Quanto maior ela for, maior será a polaridade da ligação. Todavia, quando essa diferença é muito grande, a ligação é descrita como iônica, pois nesse caso o elétron acaba sendo totalmente transferido para o átomo mais eletronegativo. Veja, então, que temos uma ligação iônica quando a diferença de eletronegatividade entre os átomos ligantes é muito grande e temos uma ligação totalmente covalente quando a diferença de eletronegatividade entre os átomos é nula. Podemos dizer que as ligações iônica e covalente são dois modelos extremos e que há diversas situações intermediárias entre esses dois tipos de ligações que apresentam tanto caráter iônico quanto covalente. O melhor é dizer que a ligação é predominantemente covalente ou predominantemente iônica. A divisão entre esses dois tipos de caráter da ligação – iônico e covalente – pode ser marcada pela diferença de eletronegatividade de aproximadamente 1,7.

Identificando substâncias polares Quando uma molécula só possui ligações covalentes apolares, não há formação de polos elétricos permanentes, portanto, ela será apolar. Então, quando a molécula possui ligações covalentes polares, ela será polar, certo? Não necessariamente. Nesse caso, ela poderá ser polar ou apolar. No caso de uma molécula possuir mais de uma ligação polar, as cargas parciais que surgem nas extremidades das ligações distribuem-se nela como um todo. Essa distribuição poderá resultar em um acúmulo de cargas em determinada região da molécula, gerando polos de cargas elétricas. Em outros casos, a distribuição pode ser homogênea, de forma que não resulte no acúmulo de cargas em regiões diferentes e, então, a molécula será apolar. Como podemos saber se há acúmulo de cargas em moléculas com diferentes ligações polares? Pode parecer complicado, mas usando conceitos da Física podemos determinar. Vejamos como. No estudo da Física, você deve ter visto que o deslocamento de um corpo no espaço pode ser representado por um vetor – segmento de reta orientado que indica uma grandeza, sua direção e sentido. Por exemplo, o deslocamento final de um carro durante uma viagem pode ser determinado somando-se os vetores correspondentes aos deslocamentos que o automóvel fez em cada trecho, por exemplo, de cidade a cidade. De forma similar, determina-se a distribuição final de cargas em uma molécula: somam-se os vetores que representam cada dipolo (sistema de duas cargas elétricas pontuais, do mesmo valor, mas de sinais opostos, separados por uma pequena distância) da molécula. São os vetores de momento de dipolo, representados por R u . Por definição, esses vetores são orientados do polo negativo para o positivo, apesar de, geralmente, os livros representarem no sentido contrário. Para saber se existe acúmulo de cargas na molécula, se ela tem mais de um dipolo em suas ligações, precisamos determinar o vetor de momento de dipolo resultante da soma de todos os vetores de momento de dipolo das ligações químicas da molécula. Se o vetor resultante for nulo, não existirá dipolo e, logo, a molécula será apolar. Vejamos alguns exemplos. Nas moléculas representadas a seguir, para cada ligação é indicado um vetor que representa o dipolo da ligação. A seguir é apresentado o vetor de momento de dipolo resultante da molécula.

252


Dióxido de carbono

Água

CAPÍTULO

Dipolo de metanal

1 2 3

Observe que, no caso da molécula de dióxido de carbono, as ligações entre carbono e oxigênio são polares, uma vez que existe uma diferença de eletronegatividade entre os átomos desses elementos. Então, temos dois vetores de dipolo com a mesma intensidade – pois as duas ligações são iguais –, mesma direção, mas com sentidos opostos. O resultado da soma desses vetores é nulo, o que significa que, quando somados, os dipolos das ligações não provocam a formação de um dipolo na molécula. Apesar de possuir ligação covalente polar, essa molécula será apolar. Nas moléculas do metanal, o vetor de momento de dipolo resultante não é nulo e, assim, suas moléculas são polares. O que representa o vetor de momento de dipolo resultante? Ele indica se as cargas elétricas distribuídas na molécula resultam em um dipolo. Imagine que as cargas negativas situadas em diferentes pontos da molécula fossem substituídas por uma única carga colocada em uma posição intermediária entre elas – e com o mesmo efeito que teriam se estivessem separadas. Da mesma forma, imagine que as cargas positivas da molécula sejam substituídas por uma carga positiva situada em uma posição intermediária. O vetor de momento de dipolo resultante indica a existência de um dipolo que produziria o mesmo efeito se as cargas da molécula fossem substituídas por duas únicas cargas imaginárias: a negativa e a positiva. Em síntese, podemos afirmar que uma molécula apolar é aquela cuja posição média de todas as cargas positivas, chamada centro das cargas positivas, coincide com a posição média de todas as cargas negativas, o centro das cargas negativas. Quando os centros não coincidem, ou seja, quando há uma separação de cargas, aí temos uma molécula polar.

4 5 A primeira figura apresenta os dipolos formados nas ligações covalentes polares. A segunda, mostra a representação do vetor resultante desses dipolos.

6 7 8

10 LIGAÇÃO METÁLICA

V

ocê observou também, no experimento “A água sempre conduz eletricidade?” (página 226), que os sólidos metálicos (grupo Z) conduzem eletricidade, diferentemente dos sólidos das substâncias iônicas (grupo X) e das substâncias covalentes (grupo Y). Certamente, os metais devem ter um tipo de ligação que possibilita a condução de eletricidade em sólidos. Existem diversos modelos que se propõem a explicar as ligações metálicas. Vejamos um deles, que consegue explicar satisfatoriamente a condutibilidade elétrica, iniciando pela comparação da ligação metálica com os demais tipos de ligação: a iônica e a covalente.

Pense Por que os sólidos metálicos conduzem eletricidade, mas os iônicos e os covalentes geralmente não a conduzem?

Nos sólidos iônicos, os constituintes da rede cristalina são íons positivos e negativos. No estado sólido, os íons não têm movimentos livres e, por isso, praticamente não conduzem corrente elétrica. Quando fundidos ou dissolvidos na água, os íons passam a ter mobilidade

253


J. Yuji

LIGAÇÕES QUÍMICAS

254

e a conduzir corrente elétrica. Nos sólidos covalentes, os átomos de seus constituintes são eletricamente neutros. Assim, essas substâncias, em geral, são más condutoras de eletricidade, uma vez que os elétrons de seus átomos constituintes estão presos à eletrosfera de cada átomo ou à eletrosfera dos átomos ligantes com os quais são compartilhados. Estudos sobre a constituição de materiais metálicos, por meio de técnicas de difração de raios X, demonstram que os átomos estão organizados em redes cristalinas, ou seja, estão distribuídos espacialmente de forma sistemática e organizada. O arranjo cristalino é a forma como os átomos estão ordenados e também pode ser denominado retículo cristalino. Essa ordenação depende basicamente do raio e da carga nuclear dos átomos envolvidos e pode se apresentar de diferentes formas, como cúbico de face centrada e cúbico de corpo centrado. Esses átomos vão interagir de modo que o núcleo de cada átomo atraia os elétrons mais externos de seus vizinhos. Sendo os átomos iguais, essas interações também serão iguais em todas as direções. A quantidade de energia necessária para arrancar elétrons de átomos de metais é relativamente baixa se comparada com a necessária para arrancar elétrons de átomos dos não metais, conforme se constata na tabela de ENERGIA DE IONIZAÇÃO DE ÁTOMOS DE energia de ionização ao lado. ALGUNS ELEMENTOS QUÍMICOS Assim, um possível modelo teórico para Não Energia de ionização Metais Energia de ionização explicar a ligação metálica tem como funmetais damento o fato de os elétrons da camada F 1 680 kJ·mol –1 Cu 785 kJ· mol –1 de valência de átomos de metais serem –1 –1 Ar 1 520 kJ·mol Fe 759 kJ· mol fracamente atraídos por seu núcleo. Com –1 –1 isso, esses elétrons apresentam um grau de Cl 1 255 kJ·mol Al 577 kJ· mol liberdade que permite a eles transitar faS 1 000 kJ·mol –1 Na 494 kJ· mol –1 cilmente entre os átomos do material. Isso ocorre por conta do padrão de organização dos átomos dos metais em Modelo de ligação metálica seus retículos cristalinos e do alto valor de raio atômico que permite que os átomos metálicos compartilhem os elétrons de suas camadas de valência com átomos vizinhos, caracterizando assim a ligação metálica. Como esse compartilhamento não é direcional e ocorre com todos os átomos, ele acaba permeando todo o retículo cristalino do metal, como se fosse uma única camada de valência contendo todos os elétrons das camadas de valências dos átomos desses metais, permitindo assim que esses elétrons possam fluir por todo retículo cristalino. Essa característica explica a alta condutibilidade elétrica que, geralmente, os metais apresentam. O modelo que melhor exSe os elétrons de valência estão livres para movimentar-se entre os átomos, podemos plica a ligação metálica concluir que os átomos a que esses elétrons estavam ligados ficam com carga positiva. considera que o metal sóAssim, teremos, segundo esse modelo de ligação, uma grande quantidade de elétrons lido é constituído por átomovimentando-se livremente entre átomos com cargas positivas. São os elétrons livres ao mos com cargas positivas redor dos átomos positivos que mantêm a sua coesão. (bolinhas grandes), rodeaPara designar os elétrons livres, geralmente são usadas as expressões “mar de elédos de elétrons livres (bolinhas pequenas), que se motrons” ou “nuvem de elétrons”, no sentido apenas de indicar a existência de uma grande vimentam por todo o metal. quantidade de elétrons que se movimenta livremente. Assim, embora os elétrons estejam Observe que este esquema livres, quimicamente consideramos que esses átomos são neutros. busca demonstrar a existênConcluindo: enquanto certas substâncias apresentam elétrons de valência bem presos cia de vários elétrons entre aos átomos, nos metais esses elétrons podem mover-se livremente por toda a rede cristalina. os átomos, sendo que átoEsse modelo teórico, denominado “mar de elétrons”, explica a ligação entre átomos mos e elétrons não estão rede metais e justifica a diferença entre metais e substâncias iônicas com relação à condupresentados em tamanho tibilidade elétrica e outras propriedades físicas, como a maleabilidade. proporcional correto.


CAPÍTULO

Assim, pode-se definir: Ligação metálica é a interação entre átomos envolvidos por seus elétrons de valência que se movimentam livremente.

1 2 3

Exercícios

FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

4 5

1. Qual é a diferença entre a fórmula molecular e a fórmula

5. As espécies SO2, SO3, BF3, NF3 e CF4, todas no estado

estrutural plana para as substâncias químicas?

2. A estrutura a seguir representa a molécula do gás propano. H H

C

H

C H

J. Yuji

H

C H

H H

a) Quantas ligações covalentes existem nessa molécula? b) Descreva a geometria dos átomos de carbono e os átomos a eles ligados nessa molécula. c) Escreva sua fórmula molecular.

3. Para facilitar a visualização espacial das moléculas, é comum utilizarmos modelos em que esferas – representando os átomos – são unidas por barras, que representam as ligações químicas. Represente as substâncias abaixo por este modelo: a) CO2. b) NH3. c) CH4.

4. O diamante e a grafite (grafita) são formas alotrópicas do carbono, ou seja, substâncias com mesma composição química, mas com organizações cristalinas diferentes. O primeiro é utilizado em equipamentos de laser, corte de vidro, confecção de joias, entre outros. A segunda é encontrada em pilhas comuns, lápis e outros. A respeito dessas substâncias, julgue os itens que seguem, conforme o texto e seus conhecimentos, marcando C para os certos e E para os errados. 1) O diamante e a grafite, assim como as substâncias iônicas, são formados por constituintes amoleculares. 2) Nenhum dos dois conduz corrente elétrica. 3) São quebradiços e apresentam temperaturas de fusão e de ebulição elevadas. 4) Encontram-se no estado sólido e a fórmula apresentada por eles é a mínima. 5) São considerados substâncias moleculares.

gasoso, contêm, respectivamente, a seguinte geometria molecular: a) linear, triangular, piramidal e tetraédrica. b) angular, piramidal, triangular, piramidal e tetraédrica. c) angular, triangular, triangular, piramidal e tetraédrica. d) linear, piramidal, triangular, triangular e quadrado planar. e) angular, triangular, triangular, triangular e quadrado planar.

6 7 8

6. (UFC-CE-Adaptado) Não obstante os cientistas terem grande capacidade de planejar suas pesquisas para fins de obtenção de produtos específicos, muitos materiais de nobres utilidades para o homem foram descobertos de maneira acidental. O teflon, por exemplo, foi descoberto em 1938 por Roy Plunkett, quando pesquisava as propriedades do gás tetrafluoretileno (C2F4), o qual originou um polímero sólido, de cor branca, bastante resistente ao calor. Com relação ao tetrafluoretileno, é correto afirmar que suas ligações químicas são, respectivamente: Dados: C (Z = 6); F (Z = 9); H (Z = 1). a) Todas covalentes apolares. b) Iônicas (C K F) e eletrovalentes (C K C). c) Todas covalentes polares. d) Covalentes polares (C K F) e apolares (C K C). e) Covalentes polares (F K F) e apolares (C K F).

7. (UFC-CE) Fugir da poluição das grandes cidades, buscando ar puro em cidades serranas consideradas oásis em meio à fumaça, pode não ter o efeito desejado. Resultados recentes obtidos por pesquisadores brasileiros mostraram que, em consequência do movimento das massas de ar, dióxido de enxofre (SO2) e dióxido de nitrogênio (NO2) são deslocados para regiões distantes e de maior altitude. Curiosamente, esses poluentes possuem propriedades similares, que se relacionam com a geometria molecular. Assinale a alternativa que descreve corretamente essas propriedades.

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a) Trigonal plana; polar. b) Tetraédrica; apolar. c) Angular; apolar.

d) Angular; polar. e) Linear; apolar.

LIGAÇÕES QUÍMICAS

8. (PUC-MG) Relacione a fórmula, forma geométrica e polaridade a seguir, assinalando a opção correta. a) Fórmula – CO2; forma geométrica – linear; polaridade – polar. b) Fórmula – CCl4; forma geométrica – tetraédrica; polaridade – polar. c) Fórmula – NH3; forma geométrica – piramidal; polaridade – apolar. d) Fórmula – BeH2; forma geométrica – linear; polaridade – apolar.

9. (Uneb-BA) Representam substâncias apolares: I.

II.

a) I e II. b) I e III. c) II e III.

III.

IV.

d) II e IV. e) III e IV.

10. (Puccamp-SP) Considere as estruturas abaixo. I.

II.

III.

Correspondem a moléculas polares: a) I e II. b) I e III. c) II e III. d) II e IV. e) III e IV.

IV.

11. (Vunesp) O dióxido de carbono (CO2), conhecido tam-

bém por gás carbônico, é um óxido formado por átomos com diferentes valores de eletronegatividade. Com base nessas informações; a) explique por que a molécula de CO2 é classificada como apolar. b) monte a fórmula estrutural do CO2, indicando os momentos dipolares de cada uma das ligações, e calcule o momento dipolar resultante.

12. (UFRGS) As substâncias SO2 e CO2 apresentam mo-

léculas que possuem ligações polarizadas. Sobre as moléculas dessas substâncias, é correto afirmar que: a) ambas são polares, pois apresentam ligações polarizadas. b) ambas são apolares, pois apresentam geometria linear. c) apenas o CO2 é apolar, pois apresenta geometria linear. d) ambas são polares, pois apresentam geometria angular. e) apenas o SO2 é apolar, pois apresenta geometria linear.

13. (Cesgranrio-RJ) Indique o item que apresenta a única espécie de estrutura linear. c) CO2. a) H2O. b) C6H5CH2CH3. d) NH3.

e) H2SO4.

14. (PUC-SP) Qual das substâncias a seguir tem molécula linear e apresenta ligações duplas? a) HCl. d) CO2. b) H2O. e) NH3. c) N2.

Ligação iônica b Átomos dos diferentes elementos químicos se combinam para formar milhares de substâncias diferentes. b De acordo com a regra do octeto, átomos dos elementos químicos estabelecem ligações químicas adquirindo configurações eletrônicas semelhantes a dos gases nobres, formando substâncias mais estáveis. b Combinações entre átomos de metais e de não metais produzem substâncias iônicas: íons positivos e negativos unidos por forças eletrostáticas e organizados em cristais nos quais cátions são rodeados por ânions e vice-versa. b Quando substâncias iônicas são dissolvidas em água, seus íons separam-se (dissociam-se) e são envolvidos por moléculas de água (hidratados).

256


b Átomos de elementos não metálicos, grupos 14 a 17, se unem compartilhando pares de elétrons e formando octetos nas ligações covalentes. b Nas ligações simples, apenas um par de elétrons é compartilhado, nas ligações duplas são compartilhados dois pares de elétrons e nas ligações triplas, três pares.

CAPÍTULO

Ligação covalente

1 2 3

b Nas ligações covalentes coordenadas, o par de elétrons da ligação é fornecido por um dos átomos, mas, depois de formada, não difere das ligações covalentes normais.

4

Substâncias moleculares e amoleculares

6

b Um átomo isolado ou o conjunto de átomos que caracteriza a substância é denominado constituinte e é representado por uma fórmula química.

5

7 8

b Os constituintes das substâncias iônicas formam redes contínuas e não possuem existência independente, sendo representados por fórmulas mínimas. b Os constituintes das substâncias moleculares formam entidades isoladas, denominadas moléculas, sendo representados por fórmulas moleculares.

Representação geométrica das moléculas b Os elétrons de valência que participam de ligações covalentes são denominados ligantes; os que não participam de ligações são os não ligantes. b As moléculas apresentam disposição espacial de seus átomos bem definida. Pode-se conhecer a geometria de uma molécula utilizando a teoria da repulsão dos pares eletrônicos da camada de valência, segundo a qual os pares de elétrons da camada de valência de cada átomo são distribuídos ao seu redor, afastados o máximo possível, como se estivessem em uma esfera. b As substâncias moleculares podem assumir várias formas geométricas, dependendo dos átomos que a compõem. As principais classificações são linear, angular, trigonal plana, piramidal e tetraédrica.

Polaridades das moléculas b As ligações covalentes podem ser polares ou apolares. As ligações covalentes apolares ocorrem entre átomos com valores de eletronegatividade iguais ou muito próximos. As ligações covalentes polares se dão entre átomos com diferentes valores de eletronegatividade. b As moléculas polares apresentam acúmulo de cargas em determinadas regiões, gerando polos de cargas elétricas. Quando a molécula é polar, seu vetor do momento de dipolo é diferente de zero. Se o vetor resultante for nulo, a molécula será apolar.

Ligação metálica b A ligação metálica é caracterizada pelo grupamento de átomos envolvido por uma “nuvem de elétrons”. O arranjo cristalino desses átomos é denominado de retículo cristalino metálico. Nessa estrutura, os elétrons podem mover-se livremente por toda a rede cristalina.

257


Capítulo 8

SUBSTÂNCIAS INORGÂNICAS

SUBSTÂNCIAS INORGÂNICAS Como a interação entre os constituintes afetam as propriedades das substâncias inorgânicas e orgânicas? É possível usar produtos químicos na agricultura sem prejudicar o meio ambiente?

1 INTERAÇÕES ENTRE CONSTITUINTES

N

B.&C.Alexander/Latinstock

Fabio Colombini Urosr/Dreamstime.com

o estudo da Química, estamos interessados em compreender as propriedades das substâncias e suas interações na formação de novas substâncias. O entendimento tanto das propriedades como das interações entre as substâncias abrange a compreensão da natureza de seus constituintes. Daí o porquê de os químicos se aprofundarem na elaboração de modelos dos constituintes das substâncias, pois é com esses modelos que podem fazer previsões do comportamento químico das substâncias. Nesse sentido, podemos dizer que o estudo central da Química está em investigar as interações entre os constituintes das substâncias e a relação entre essas interações e as propriedades das substâncias.

Hely Demutti

A diversidade humana e dos materiais que compõem o Universo está relacionada com a pluralidade das estruturas químicas das substâncias que compõem os materiais que conferem propriedades diferenciadas a elas.

258


CAPÍTULO 1 2 3 4 5 6 7 8

Falésia em Morro Branco, Beberibe (CE), 2008. João Prudente/Pulsar Imagens

Os constituintes são extremamente minúsculos e não são encontrados isolados. Uma molécula isolada de H2O não é água, pois água é uma substância que tem propriedades manifestadas pela interação entre várias moléculas de H2O. Uma molécula isolada de H2O não congela, não ferve, não dissolve o sal, não extingue o fogo, não se decompõe em molécula de gás hidrogênio (H2) e molécula de gás oxigênio (O2). Ocorre, porém, que todas essas propriedades físicas e químicas da água são devidas às interações entre as moléculas de H2O que compõem a água. Se as interações entre as moléculas fossem muito fracas, a água seria um gás na temperatura média anual de nosso planeta, lembrando que em muitas regiões ela se apresenta na fase sólida. Em razão dos constituintes das substâncias estarem interagindo com constituintes de outras substâncias próximas é que temos de nos preocupar com todo material que é inserido no ambiente. Um novo material, como qualquer insumo agrícola, vai interagir com os minerais do solo, com o meio biótico, com a atmosfera, enfim ele produzirá novas substâncias com essas interações, as quais vão de alguma forma alterar o equilíbrio do ambiente. Vamos conhecer, neste capítulo, a natureza dessas interações e como elas afetam propriedades da diversidade de materiais que compõem o Universo. A diversidade dos seres humanos está relacionada com a diversidade das estruturas moleculares de seus constituintes genéticos que conferem pigmentos a eles, os quais se manifestam com coloração diferente, levando os filamentos dos cabelos a serem enrolados ou lisos, determinando o limite de crescimento de suas estruturas físicas entre outros aspectos. A diversidade da vida no planeta depende das condições climáticas, pois, em temperaturas diferentes, os constituintes da matéria se agitam com velocidades diferentes, alterando o grau de interação entre as substâncias. A pluralidade dos materiais da crosta terrestre se deve à diversidade das estruturas químicas: moléculas pequenas têm interações menores e, em geral, apresentam-se, na fase gasosa; já moléculas maiores têm maior quantidade de elétrons e, consequentemente, maiores interações elétricas, apresentando-se geralmente, em fases mais condensadas (líquidas e sólidas). Muitas substâncias não são formadas por moléculas, mas por outros tipos de constituintes. Em Química, chamamos fase da matéria a forma com que esta se apresenta em aparência uniforme no que se refere a composição química e estado físico. Como você já sabe, as três fases características da matéria são: sólida, líquida e gasosa. Essas se apresentam com aparências e propriedades bem diferentes. Várias substâncias se dissolvem na água, formando fases aquosas com propriedades diferentes em termos de coloração, densidade, condutibilidade elétrica etc. Já outras substâncias que não se dissolvem em água, se dissolvem em álcool ou em óleos e formam fases alcoólicas e oleosas com propriedades diferentes das soluções aquosas. No presente capítulo, vamos estudar as interações entre os constituintes e suas relações com as propriedades das substâncias. É com base nesses conhecimentos químicos que agrônomos pesquisam, por exemplo, os sais inorgânicos que podem melhor se adequar à adubação mineral e substâncias orgânicas que podem controlar o ataque de pragas às lavouras. Além das interações químicas dos constituintes, vamos estudar algumas substâncias inorgânicas mais comuns e as características das substâncias orgânicas relacionadas com algumas de suas propriedades.

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Interações entre constituintes nas fases gasosa, líquida e sólida

J. Yuji

Arranjo geométrico do cristal de sulfato de cobre – triclínico

Martin Bond/Science Photo Library

SUBSTÂNCIAS INORGÂNICAS

As substâncias que se encontram nas fases mais condensadas da matéria são caracterizadas pela presença de interações mais fortes entre os seus constituintes. A maioria dos sólidos tem constituintes amoleculares, os quais são formados por retículos constituídos por redes de ligações entre os constituintes. Por causa dessas ligações, a maioria dos sólidos apresenta uma ordenação entre átomos que estão dispostos em arranjos regulares pela rede de ligações que as constituem. Esses sólidos, chamados sólidos cristalinos, apresentam superfícies planas bem definidas (faces dos cristais) dispostas entre si e com ângulos bem definidos. Denominamos cristal a todo material sólido cujas partículas (átomos, íons ou moléculas) se encontram regularmente organizadas no espaço, segundo determinado arranjo geométrico.

c

a

a≠b≠c α≠β≠γ

Os cristais de sulfato de cobre têm lados e ângulos diferentes; sua forma geométrica é denominada triclínica.

J. Yuji

Organização cristalina do quartzo

Os cristais de quartzo são constituídos por uma rede cristalina da sílica (SiO2), com os átomos ordenadamente arranjados, como mostra o esquema da estrutura à esquerda da foto.

260

Noodle snacks/Creative Commons

O que determina a consistência de materiais naturais, como a água e a rocha, ou de materiais artificiais, como a massa de um bolo, são as interações entre seus constituintes.

b


CAPÍTULO

Há, contudo, casos de sólidos que, apesar da interação forte entre os constituintes que os mantêm em fase condensada (mais agregada), não apresentam estruturas ordenadas. Esses são sólidos amorfos, como a manteiga, os plásticos, as borrachas e o vidro, por exemplo.

J. Yuji

Hely Demutti

Arranjo desordenado da sílica no vidro

1 2

Na estrutura de um sólido amorfo, a organização dos átomos não é regular.

3 4 5 6 7 8

Tasso Marcelo/Agência Estado

Tasso Marcelo/Agência Estado

O vidro obtido com base no aquecimento do óxido de silício é um exemplo típico de um sólido amorfo.

Química na escola

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

Como produzir um cristal? Se você observar bem o sal grosso, aquele usado para churrasco, notará que é formado por pedrinhas, ou melhor, pequenos cristais. Vamos realizar uma atividade para obter cristais de tamanho maior, o que nos permitirá uma melhor observação de suas características. Esse experimento poderá ser feito em grupo ou individualmente, em casa ou na própria sala de aula.

Materiais • • • • • • •

béqueres de 300 mL (ou copos de vidro) colher de sopa bastão de vidro (ou colher) cloreto de sódio (NaCl – sal de cozinha) placa de Petri (ou pires) linha fina e palito de picolé água destilada (pode ser encontrada em postos de gasolina e farmácias. Na falta, pode-se usar água filtrada)

261


SUBSTÂNCIAS INORGÂNICAS

1. Dissolva duas colheres de sopa de cloreto de sódio em cerca de 50 mL de água destilada quente. 2. Transfira a solução para uma placa de Petri e deixe-a em repouso, em temperatura ambiente, em local limpo e arejado. 3. Após dois ou três dias, verifique se já ocorreu a formação de cristais no fundo do recipiente. Separe os maiores, escolha um deles e amarre em uma das pontas um fio de linha, prendendo a outra ponta no meio de um palito de picolé. 4. Dissolva o restante dos cristais obtidos em 200 mL de água destilada. 5. Coloque o cristal amarrado na linha dentro da solução, para que fique pendurado e não toque no fundo do béquer, como mostra a figura ao lado. 6. Deixe o material em repouso por mais ou menos duas semanas, evitando trepidações e poeira. 7. Compare os seus cristais com os dos seus colegas. 8. Desenhe a forma geométrica do cristal de sal. 9. Se desejar, repita o procedimento com outras substâncias iônicas existentes em sua escola, por exemplo, o sulfato de cobre.

Noodle snacks/Creative Commons

Procedimento

Destino dos resíduos Os melhores cristais obtidos podem ser guardados pelo seu professor em frascos de vidro para exposição no laboratório, e os sólidos não cristalizados devem ser recolhidos em frascos limpos e secos, devidamente rotulados para reutilização em outras práticas.

Análise de dados

Javier Trueba/MSF/Science Photo Library

1. Explique por que o sal cristalizou nas condições em que você desenvolveu o experimento. 2. Comparando o seu cristal e os outros produzidos, quais são as semelhanças e quais são as diferenças? 3. Observando a forma dos cristais formados pelo cloreto de sódio, proponha um modelo para a organização de seus íons.

262

Na Caverna dos Cristais, sob o deserto de Chihuahua, no México, encontram-se os maiores cristais de gipsita (ou gesso) do mundo. Cristais com tamanho que podem ultrapassar os 10 m de comprimento começaram a ser formados há cerca de 600 mil anos a partir do lento depósito de sulfato de cálcio dissolvido em água. A queda da temperatura da água, mais ou menos há meio milhão de anos, para cerca de 58 ºC forneceu condições adequadas para a formação dos cristais de selenita.

Quando sólidos iônicos são formados lentamente e sem mudanças bruscas no ambiente em que se encontram, os íons agrupam-se de maneira organizada. Os cátions e os ânions ficam rodeados da espécie de carga oposta, resultando em formas cristalinas bem definidas e organizadas. No processo de cristalização, formam-se inicialmente pequenos cristais, aos quais os demais íons tendem a se agrupar. A esse processo, os químicos chamam crescimento de cristais.


CAPÍTULO

Metal

Sal

1 2 3 4 5 6 7

Grafite

Hely Demutti

8

Hely Demutti

Hely Demutti

Hely Demutti

Naturalmente, muitos sólidos são formados em condições que favorecem a formação de cristais grandes e perfeitos. Como exemplo podem-se citar as pedras preciosas, formadas de modo lento em diferentes camadas do subsolo, em condições de temperatura e pressão altas. Os sólidos podem ser classificados quanto ao tipo de ligações entre os seus constituintes. Assim, temos: Sólidos metálicos:: são constituídos por átomos de metais unidos por uma nuvem de elétrons, resultante da menor atração dos núcleos pelos elétrons mais externos e menos energéticos. No sólido metálico, as unidades do retículo cristalino são os átomos, e a ligação que os mantêm agregados nessa fase é a metálica, que é bastante forte, fato que explica a elevada temperatura de fusão desses sólidos. Exemplos: cobre, ouro e alumínio. Sólidos iônicos:: são constituídos pela interação eletrostática entre cátions e ânions. A ligação iônica é muito forte, o que justifica a elevada temperatura de fusão dos sólidos de suas substâncias. Exemplos: cloreto de sódio, nitrato de potássio e sulfato de cálcio. Sólidos covalentes:: formados por constituintes amoleculares mantidos unidos por ligação covalente entre os átomos vizinhos do retículo cristalino. Como os sólidos iônicos e metálicos, formam uma rede tridimensional contínua que se prolonga até o limite físico do sólido. Exemplos: grafite, diamante e enxofre. Sólidos moleculares:: são sólidos mantidos por moléculas as quais se unem nessa fase sólida por forças intermoleculares. Nesse caso, as ligações covalentes estão presentes entre os átomos da molécula, mas não entre as moléculas. As forças de coesão entre as moléculas são mais fracas do que as da ligação iônica e metálica, por isso esses sólidos possuem temperatura de fusão mais baixa. Exemplos: açúcar, naftaleno e ácido bórico.

Açúcar

Existem diferentes tipos de ligações entre átomos constituintes dos sólidos: nos metais, há ligação metálica; nos sólidos iônicos, como os sais, ligação iônica; nos sólidos covalentes, como a grafite, ligação covalente; e nos sólidos moleculares, como no açúcar, forças intermoleculares.

As substâncias encontradas na fase líquida são constituídas por moléculas e o que as mantêm unidas são forças intermoleculares. Também na fase gasosa, encontramos substâncias constituídas por moléculas. Em princípio, o comportamento dos gases deveria seguir o previsto pela equação geral dos gases (equação do gás ideal): sem interação entre as moléculas. No entanto, medidas experimentais demonstram que essas interações não estão totalmente ausentes, como previsto por essa equação. Essas interações intermoleculares, embora fracas, interferem no comportamento dos gases, daí o porquê do desvio do comportamento previsto. Considerando, portanto, a importância das forças intermoleculares no comportamento das fases líquidas e gasosas, vamos ver a seguir como elas ocorrem.

263


SUBSTÂNCIAS INORGÂNICAS

Pense

Interações entre constituintes em fases aquosas e gordurosas

Por que será que certas substâncias se dissolvem em água e não em meios gordurosos (óleos), enquanto outras se comportam de forma contrária?

Química Q uímica na escola

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

Por que alguns materiais se misturam e outros não? Desde aquela primeira Feira de Ciências que você participou na pré-escola, já deve saber que, se colocarmos água e óleo em um mesmo recipiente, teremos duas fases. Mas será que hoje você sabe explicar por que isso acontece? Para responder a essa questão, vamos partir da observação experimental para elaborar um modelo que explique esse comportamento das substâncias.

Materiais • • • •

10 béqueres de 200 mL (ou copos) vaselina ou parafina líquida refrigerante colorido óleo de soja

• sal de cozinha • vinagre branco • colherzinha descartável

Procedimento 1. Faça no caderno uma tabela como a apresentada a seguir e complete a última coluna à medida que for realizando os testes. INTERAÇÃO ENTRE ALGUNS PARES DE MATERIAIS Material 1 (colocados no béquer até metade do volume)

Material 2 (adicionado ao material do béquer – uma colherzinha)

Refrigerante

Sal de cozinha

Refrigerante

Óleo de soja

Refrigerante

Vinagre ou parafina

Refrigerante

Vaselina ou parafina

Óleo de soja

Sal de cozinha

Óleo de soja

Vinagre

Óleo de soja

Vaselina ou parafina

Vinagre

Sal de cozinha

Vinagre

Vaselina ou parafina

Vaselina ou parafina

Sal de cozinha

Misturam-se

zzzzzzzzzz zzzzzzzzzz zzzzzzzzzz zzzzzzzzzz zzzzzzzzzz zzzzzzzzzz zzzzzzzzzz zzzzzzzzzz zzzzzzzzzz zzzzzzzzzz

2. Coloque refrigerante em um béquer até a metade de seu volume e adicione uma colherzinha de sal de cozinha. Agite bem. Observe se os materiais se misturam ou não e anote na tabela do caderno. 3. Repita o procedimento anterior com cada mistura de materiais da tabela anterior. A cada material da primeira coluna colocado até a metade do volume do béquer, junte uma colherzinha do material indicado na segunda coluna. Agite bem e anote na tabela se eles se misturam ou não.

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1. O óleo e a vaselina ou a parafina utilizados não podem ser descartados na pia. Eles devem ser separados por decantação para utilização em outros experimentos. 2. Os demais resíduos podem ser descartados na pia.

CAPÍTULO

Destino dos resíduos

1 2

Análise de dados

3

Os testes realizados apresentam um bom exemplo do comportamento de substâncias iônicas e moleculares quando são colocadas em contato. O cloreto de sódio tem o comportamento típico das substâncias iônicas. Já o óleo de soja, o vinagre e a vaselina são materiais cujos principais componentes são substâncias moleculares. A água (contida na solução de refrigerante) também é uma substância molecular. Com base nessas informações e nos dados obtidos em sua tabela, procure responder às questões a seguir. 1. Classifique os materiais testados quanto à dissolução em água, dividindo-os em dois grupos. 2. Quais materiais conseguiram dissolver o sal de cozinha? 3. Os materiais moleculares apresentam o mesmo comportamento com relação à dissolução? 4. Classifique os materiais moleculares usados no experimento (água, óleo de soja, vaselina ou parafina e vinagre) em dois grupos de acordo com seus comportamentos. 5. Qual dos dois grupos tem comportamento semelhante ao do sal de cozinha? 6. Considerando que o sal de cozinha é uma substância iônica, que diferença deve existir entre os dois grupos de materiais moleculares que você classificou no item anterior, de tal modo que um permita a separação dos íons do cloreto de sódio e o outro não? 7. Ocorre ou não dissolução entre materiais moleculares de um mesmo grupo de sua classificação? E entre os dos grupos diferentes? 8. Que conclusões você pode extrair desse experimento?

4 5 6 7 8

A atividade anterior nos mostra que há dissolução de cloreto de sódio (substância iônica) em água (substância molecular), mas que este não se dissolve em óleo (outra substância molecular). Observamos também que uma substância molecular (água) pode não dissolver outra substância molecular (óleo). Como explicar esses diferentes comportamentos?

Pense O que substâncias moleculares (água e óleo, por exemplo) têm de diferente que não se dissolvem?

Uma possível diferença entre as substâncias moleculares está na distribuição de cargas elétricas em suas moléculas. Enquanto certas moléculas apresentam suas cargas elétricas distribuídas de forma homogênea, outras apresentam distribuições diferenciadas. Substâncias e materiais cujas moléculas apresentam distribuição homogênea são denominados apolares (óleos), enquanto substâncias e materiais cujas moléculas apresentam distribuição heterogênea são denominados polares (água e álcool). A distribuição homogênea de cargas nas moléculas favorece certas interações entre elas, enquanto a distribuição heterogênea de cargas nas moléculas favorece outros tipos de interações. Com base nessas interações, há uma regra geral simples que permite prever as diferenças de solubilidade: Substâncias polares dissolvem substâncias polares; substâncias apolares dissolvem substâncias apolares; e substâncias polares dificilmente dissolvem substâncias apolares.

265


Hely Demutti

SUBSTÂNCIAS INORGÂNICAS

Solventes moleculares polares como a água também podem dissolver substâncias iônicas (cloreto de sódio). No caso de substâncias moleculares, deve-se considerar a diferença de polaridade de suas moléculas. Substâncias de baixa polaridade dissolvem melhor outras de baixa polaridade e as muito polares dissolvem melhor outras também muito polares. Substâncias de polaridade média podem ser dissolvidas parcialmente em solventes muito ou pouco polares.

Hely Demutti

Todas as provetas têm água (fase superior) e tetraclorometano (fase inferior). À segunda proveta foi adicionado sulfato de cobre (CuSO4, substância iônica) e à terceira adicionou-se bromo (Br2). Enquanto os íons de sulfato de cobre se dissolvem na água, as moléculas de bromo se dissolvem no tetraclorometano.

Não adianta lavar a mão suja de graxa com água, que é uma substância polar. O mecânico usa gasolina ou querosene, substâncias apolares, para dissolver a graxa, que também é apolar.

Essa regra da Química é utilizada em situações cotidianas. Alguns dos derivados do petróleo, como querosene, benzina, gasolina e óleo diesel, por serem apolares, misturam-se entre si e dissolvem outras substâncias apolares. Um exemplo comum é o uso do querosene pelos mecânicos de automóveis para remover graxa das mãos. O álcool comum é um solvente polar bastante utilizado no dia a dia. O etanol (álcool comercial – CH3CH2OH) é utilizado, entre outras coisas, para esterilizar objetos. Ele mistura-se com a água em qualquer proporção e dissolve-se bem em gasolina. Por isso, é possível utilizá-lo como combustível misturado à gasolina. Veja que as soluções aquosas são fases da matéria que possuem substâncias iônicas ou moleculares polares dissolvidas em água, enquanto soluções lipídicas são fases em que se encontram substâncias moleculares apolares dissolvidas em óleos ou gorduras. A compreensão da relação entre a solubilidade das substâncias e a polaridade de suas moléculas está relacionada com o estudo das forças intermoleculares apresentado a seguir.

2 FORÇAS INTERMOLECULARES

A

gora podemos entender a natureza das forças que existem entre as moléculas nas fases sólida, líquida e gasosa e que explicam propriedades como a interação e solubilidade de substâncias moleculares. Apesar de as moléculas serem constituídas por átomos neutros, que não perdem nem ganham elétrons, vimos que em muitas há existência de dipolos elétricos permanentes e, como consequência, ocorrem interações elétricas entre elas. E as moléculas apolares? Como poderíamos explicar a atração entre tais moléculas quando as substâncias estão no estado sólido ou no líquido? Afinal, se não houvesse interações entre as moléculas, tais substâncias só existiriam no estado gasoso, o que não é verdade. As interações entre as moléculas são chamadas interações de Van der Waals, em homenagem ao cientista holandês Johannes D. Van der Waals [1837-1923], autor da formulação matemática que permitiu sua melhor compreensão.

266


Interações dipolo-dipolo induzido ou força de London

Iodo (I2)

Dipolos induzidos em moléculas de iodo (I2).

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

Dibner Library of the History of Science and Technology

1 2 3 4 5 6

O cientista holandês Van der Waals desenvolveu importantes estudos sobre as interações entre moléculas, as quais passaram a ser conhecidas como interações de Van der Waals.

7 8

J. Yuji

Moléculas apolares como as de iodo (I2), ao se aproximar, induzem a formação de dipolos instantâneos. Como resultado, esses dipolos permitem interações mais fortes entre as moléculas. Esse tipo de interação é chamado dipolo-dipolo induzido ou força de London, em homenagem ao físico norte-americano de origem alemã, Fritz London [1900-1954], que primeiro as descreveu.

CAPÍTULO

Quando há a aproximação de duas ou mais moléculas, os elétrons de suas camadas de valência, incluindo os participantes de ligações covalentes, passam a ficar também sob a influência dos núcleos dos átomos das moléculas vizinhas. Dessa maneira, uma nova distribuição de cargas elétricas ocorre, provocando um deslocamento de cargas que poderá gerar um polo induzido, inexistente na molécula isolada. É a existência desses dipolos induzidos pela aproximação de outras moléculas que promove a atração entre elas. A intensidade da atração entre moléculas depende da intensidade dos dipolos. Em moléculas apolares, essas interações ocorrerm apenas por causa dos dipolos induzidos. Já em moléculas polares, elas ocorrem por causa dos dipolos permanentes e são, portanto, muito mais fortes. É o que se vê, por exemplo, quando átomos de hidrogênio se ligam a átomos de flúor, oxigênio ou nitrogênio, formando as conhecidas ligações de hidrogênio. Podemos dizer, então, que existem três tipos de interações de Van der Waals: interações entre moléculas apolares, interações dipolo-dipolo e ligações de hidrogênio.

Interações dipolo-dipolo induzido no gás hidrogênio.

Interações dipolo-dipolo As moléculas polares, em virtude da distribuição de suas cargas elétricas, têm dipolos elétricos permanentes. Essa distribuição de cargas faz com que essas moléculas interajam umas com as outras em consequência da atração eletrostática entre os dipolos opostos. Pode haver ainda a interação entre moléculas de dipolo permanente com moléculas de dipolo induzido. Dependendo dessas interações, é possível até que uma substância polar possa dissolver uma apolar. Um exemplo ICI é a dissolução do iodo (I2) em água. Na realidade, as forças de London também ocorrem entre moléculas polares, pois essas forças se aplicam a todas as moléculas. No entanto as interações dipolo-dipolo dependem da existência de polaridade permanente nas moléculas.

Interação dipolo-dipolo das moléculas de ICl.

267


Ligações de hidrogênio Ligação de hidrogênio

SUBSTÂNCIAS INORGÂNICAS

O H

O H

O H

H O

O H

H

H

H

O

O H

H

H

H O

H

H

H

H

H

H

H

O

O H

H

H

O

H

O H

As ligações de hidrogênio constituem interações dipolo-dipolo permanentes de grande intensidade.

Esse tipo de interação intermolecular ocorre em substâncias que têm átomos de hidrogênio ligados a átomos de flúor, oxigênio ou nitrogênio. Nesses casos, em razão das grandes diferenças de eletronegatividade, essas ligações são muito polarizadas. Como consequência, átomos de hidrogênio ficam com carga parcial positiva e são atraídos por átomos de flúor, oxigênio ou nitrogênio (possuidores de pares de elétrons não ligantes) de moléculas vizinhas. Essas interações, do tipo dipolo-dipolo permanente, têm um grau de polarização mais acentuado, mantendo as moléculas unidas com maior intensidade. As propriedades das substâncias, como a temperatura de ebulição, estão relacionadas às forças intermolecuares, assim, por exemplo, em geral, quanto maior a força intermolecular, maior será a temperatura de ebulição. Logo, as substâncias que fazem ligação de hidrogênio possuem maior temperatura de ebulição do que as substâncias polares e das apolares.

Exercícios cias, como se justifica o uso doméstico de álcool comum para limpeza de mesas e objetos que geralmente apresentam gordura na superfície?

2. A água dissolve quase todas as substâncias. Em razão dessa propriedade, os rios, lagos, lençóis subterrâneos e mares são facilmente poluídos. De acordo com seus conhecimentos, responda aos itens a seguir. a) Em termos químicos, por que, ao ocorrer o vazamento de um navio petroleiro no rio ou no mar, o petróleo fica na superfície da água? b) Explique em termos de estrutura e eletronegatividade por que a água é polar.

3. Cite duas propriedades físicas que expliquem o fenômeno em que a água fica submersa e o óleo fica na superfície, quando ambos são colocados no mesmo recipiente.

4. Por que o CO2 é uma molécula apolar e o CO é polar? 5. (UFC-CE) Estudos recentes têm indicado que o uso inapropriado de lubrificantes ordinários, normalmente encontrados em farmácias e drogarias, tais como loções oleosas e cremes, que contêm vaselina, óleo mineral ou outros derivados de petróleo, acarretam danificações nos preservativos masculinos (camisinhas), os quais são feitos, geralmente, de material denominado látex (poli-1,4-isopreno), cujo momento dipolar é aproximadamente igual a zero (u ≅ 0), e cuja estrutura da unidade monomérica é dada a seguir. Tais danificações, geralmente, constituem-se de microrrupturas das camisinhas, imperceptíveis a olho nu, que permitem o fluxo de esperma através das mesmas, acarretando

268

gravidez indesejável, ou a transmissão de doenças sexualmente transmissíveis, particularmente a aids. Assinale a alternativa correta. a) Substâncias apolares seriam mais adequadas como lubrificantes dos preservativos. b) Óleos lubrificantes bastante solúveis em tetracloreto de carbono (CCl4), geralmente, não interagem com o látex. c) Os óleos que provocam danificações nos preservativos são, geralmente, de natureza bastante polar. d) Substâncias, cujas forças intermoleculares se assemelham às presentes no látex, seriam mais adequadas como lubrificantes dos preservativos. e) Substâncias com elevados valores de momento de dipolo seriam mais adequadas como lubrificantes dos preservativos.

6. (UFRJ) A solubilidade das substâncias é um conhecimento muito importante em Química. Sabe-se que, de forma geral, substâncias polares dissolvem substâncias polares e substâncias apolares dissolvem substâncias apolares. Em um laboratório, massas iguais de tetracloreto de carbono, água e etanol foram colocadas em três recipientes idênticos, conforme se vê na figura a seguir. J. Yuji

1. Levando em consideração a solubilidade das substân-

FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

tetracloreto de carbono (6 mL)

água (6 mL)

etanol (6 mL)


7. Por que, em geral, as substâncias iônicas, em temperatura ambiente, são encontradas no estado sólido, enquanto as substâncias moleculares podem ser encontradas nos três estados de agregação?

8. O dióxido de carbono (CO2), quando congelado, é co-

nhecido como gelo-seco. Ele é muito utilizado em festas, em carrinhos de sorvete, no cinema e na televisão. Qual é o tipo de força que une suas moléculas?

9. Qual é a interação intermolecular mais forte: a existente entre moléculas de álcool e água ou entre moléculas de álcool e gasolina? Justifique a resposta.

10. Considerando as interações intermoleculares e sabendo da influência delas sobre a temperatura de ebulição das substâncias, observe as moléculas abaixo e coloque-as em ordem crescente de temperatura de ebulição. Justifique a sequência: II) III) I) C2H6 IV)

C 3H 8

11. Que tipo de forças intermoleculares devem ser vencidas para: a) fundir o gelo; b) levar o bromo molecular (Br2) à ebulição; c) fundir o iodo sólido.

12. Com base nas informações sobre a geometria das moléculas, classifique as moléculas a seguir em polares ou apolares e indique em que propriedade dos átomos e das moléculas você se baseou para classificá-las: HBr, NH3, H2O, N2, CCl4.

13. Os umidificantes são usados para proteger e reidratar a pele. Esses produtos contêm umectantes e emolientes, que aumentam o teor de água de diferentes formas. Os emolientes cobrem a pele com uma camada de material que é imiscível com a água, enquanto os umectantes adicionam água à pele, absorvendo vapor de água do ar. Com base no que você estudou no capítulo, procure explicar por que os umectantes interagem com a água e os emolientes não.

14. Analisando a estrutura da molécula da água e a da sacarose, explique, com base nas forças de atração

intermoleculares, por que o açúcar se dissolve completamente na água. Água H2O

CAPÍTULO

a) Mostre, por meio de desenhos semelhantes ao apresentado, como fica a mistura de I e II, identificando cada substância, e como fica a mistura de II e III. b) A graxa lubrificante utilizada em automóveis é uma mistura de hidrocarbonetos pesados derivados de petróleo com aditivos diversos. Indique qual, entre os três solventes apresentados, é o mais adequado para remover uma mancha de graxa em uma camisa. Justifique a resposta.

Sacarose (C12H22O11)

1 2 3

15. Explique por que o HF (TE = 19,4 °C) possui temperatura de ebulição maior do que o HCl (TE = –85 °C).

16. (Puccamp-SP) O congelamento da água na superfície dos lagos em países frios ocorre pela: a) ruptura de ligações intermoleculares. b) ruptura de ligações intramoleculares. c) formação de ligações intermoleculares. d) formação de ligações intramoleculares. e) formação de ligações inter e intramoleculares.

4 5 6 7 8

17. (UFPE-Adaptado) Interações intermoleculares são importantes na natureza, pois determinam várias propriedades de diversas moléculas, muitas delas vitais para os seres vivos, tais como as moléculas de água e de proteínas. Sobre esse assunto, julgue os itens a seguir: a) O álcool etílico (etanol) apresenta interações do tipo ligações de hidrogênio. b) A molécula de água apresenta interações do tipo ligações de hidrogênio. c) A molécula de água apresenta interações do tipo dipolo-dipolo. d) A molécula de dióxido de carbono apresenta interações do tipo dipolo induzido.

18. (PUC-RS-Adaptado) Para responder à questão, numere a Coluna B, que contém algumas fórmulas de substâncias, de acordo com a Coluna A, na qual estão relacionados tipos de atrações intermoleculares. Coluna A 1. ligações de hidrogênio 2. dipolo induzido-dipolo induzido 3. dipolo-dipolo

Coluna B HF Cl2 CO2 NH3 HCl SO2 BF3 CCl4

A numeração correta da Coluna B, de cima para baixo é: a) 1 – 2 – 3 – 2 – 1 – 1 – 2 – 1. b) 2 – 1 – 1 – 3 – 2 – 2 – 1 – 3. c) 1 – 2 – 2 – 1 – 3 – 3 – 2 – 2. d) 3 – 1 – 1 – 2 – 3 – 1 – 3 – 1. e) 1 – 2 – 2 – 1 – 1 – 2 – 1 – 2.

269


21. (UFSM-RS) A mioglobina presente nos músculos apresenta

peratura ambiente e à pressão atmosférica, e entra em ebulição a uma temperatura que é cerca de 200 °C mais elevada do que a temperatura de ebulição prevista teoricamente, na ausência das ligações de hidrogênio. Com relação às ligações de hidrogênio, assinale a alternativa correta. a) Ocorrem entre moléculas, em que o átomo de hidrogênio é ligado covalentemente aos átomos mais eletropositivos, pelos seus pares de elétrons ligantes. b) Originam-se da atração entre os átomos de hidrogênio de uma molécula de água, que têm carga parcial negativa, e o átomo de oxigênio de uma outra unidade molecular, que tem carga parcial positiva. c) No estado sólido, as ligações de hidrogênio presentes na água são mais efetivas, resultando em efeitos estruturais que conferem menor densidade ao estado sólido do que ao líquido. d) Quanto maior for a eletronegatividade do átomo ligado ao hidrogênio na molécula, maior será a densidade de carga negativa no hidrogênio, e mais fraca será a interação com a extremidade positiva da outra molécula. e) São interações muito mais fortes do que as ligações covalentes polares convencionais, e desempenham papel fundamental na química dos seres vivos.

estrutura altamente organizada e dinâmica, responsável pela função biológica dessa proteína. Associe as ligações da mioglobina apresentadas em A com as estruturas responsáveis pela sua estabilização apresentadas em B. A 1. Interação eletrostática (iônica). 2. Ligações covalentes. 3. Ligações de hidrogênio. 4. Forças de Van der Waals. B a b c d e

SUBSTÂNCIAS INORGÂNICAS

19. (UFC-CE) A água apresenta-se no estado líquido, à tem-

20. (UEL-PR) Para explicar a associação de átomos, moléculas etc., em vez de pontas e ganchos como propunham os gregos, fala-se hoje em interações de natureza elétrica. Considere as figuras a seguir.

22. (UEL-PR) Considere as propriedades: I – elevada temperatura de fusão. II – brilho metálico. III – boa condutividade elétrica na fase sólida. IV – boa condutividade em solução aquosa. São propriedades características de substâncias iônicas: a) I e II. b) I e IV. c) II e III. d) II e IV. e) III e IV.

J. Yuji

23. (Uema) Se comparado com a água, o cloreto de sódio I

II

III

IV

V

Sobre as ideias atualmente utilizadas para explicar as ligações entre as partículas, qual das afirmações é incorreta? a) Átomos podem se ligar compartilhando elétrons, como na covalência (figura II). b) Partículas dotadas de dipolo elétrico podem se atrair através dos polos elétricos de sinais contrários (figura III). c) Cátions são atraídos por ânions, como ocorre na ligação iônica (figura I). d) Na ligação metálica, ânions estão imersos num “mar” de elétrons móveis (“deslocalizados”) que os mantêm unidos devido às cargas elétricas de sinais contrários (figura V). e) As ligações dipolo-dipolo podem ser especialmente fortes quando envolvem átomos de hidrogênio e átomos de eletronegatividade elevada (figura IV).

270

A alternativa que apresenta somente associações corretas é: a) 1a – 2c – 3e – 4d. d) 1e – 2c – 3b – 4a. b) 1b – 2a – 3e – 4c. e) 1d – 2a – 3b – 4c. c) 1b – 2d – 3e – 4c.

possui temperatura de fusão — em consequência da — entre — . Os termos que preenchem correta e ordenadamente as lacunas acima são: a) elevada, forte atração, suas moléculas. b) muito baixa, fraca atração, seus íons. c) mais elevada, fraca atração, seus átomos. d) muito baixa, forte atração, seus íons. e) elevada, forte atração, seus íons.

24. (Cesgranrio-RJ) O gás amoníaco e o gás carbônico são duas importantes substâncias químicas. O gás amoníaco (NH3) é uma substância incolor, de cheiro sufocante, utilizada em processos de refrigeração. O gás carbônico (CO2), formado na combustão completa de materiais orgânicos, é utilizado em extintores de incêndio, entre outras aplicações. A respeito das moléculas dessas duas substâncias, assinale a opção correta: a) O CO2 é constituído por moléculas polares e é bastante solúvel em água.


as propriedades listadas na tabela abaixo: PROPRIEDADES

SUBSTÂNCIAS

X

Y

28. (PUC-MG) Um químico possuía, em seu laboratório, quatro cristais sólidos desconhecidos: A, B, C e D. Desejava saber se esses cristais eram de natureza metálica, iônica, covalente ou molecular. Fazendo várias experiências com os cristais, conseguiu determinar as seguintes características: CRISTAIS

FORÇAS DE LIGAÇÃO

CONDUTIVIDADE

atração eletrostática

Isolantes

regularmente alta

6

são condutores

muito alta

7

Solubilidade em CCl4

insolúvel

solúvel

D

atração elétrica entre Íons condutores íons positivos e elétrons

Temperatura de fusão (°C)

880

114

Condutividade elétrica no estado sólido

não conduz não conduz

Condutividade da solução em solvente adequado

conduz

PROPRIEDADES

1

Insolúvel em água

Não condutor de eletricidade

Baixa temperatura de fusão

Sólido a 25 °C

2

Totalmente dissociada em água

Bom condutor de eletricidade quando fundido

Elevada temperatura de fusão baixa

Sólido a 25 °C

3

Parcialmente dissociada em água

Condutor de eletricidade em meio aquoso

Temperatura de ebulição

Líquido a 25 °C

Com base nos resultados obtidos, o estudante concluiu que as ligações químicas predominantes nas substâncias 1, 2 e 3 são, respectivamente, a) iônica, covalente e metálica. b) covalente, covalente e iônica. c) covalente, metálica e covalente. d) covalente, iônica e iônica. e) covalente, iônica e covalente.

27. (UEL-PR) Numa prova, um estudante afirmou:

5

B

entre elétrons

SUBSTÂNCIA

4

TEMPERATURA DE FUSÃO

baixa (volátil)

C

e 3, observou as seguintes propriedades:

3

Isolantes

insolúvel

26. (UFRN) Um estudante, analisando as substâncias 1, 2

2

Van der Waals

solúvel

Com base nessas afirmações, pode-se afirmar que: a) X é substância molecular e Y é substância iônica. b) X é substância iônica e Y é substância molecular. c) X é substância metálica e Y é substância iônica. d) X e Y são substâncias moleculares. e) X e Y são substâncias iônicas.

1

A

Solubilidade em H2O

não conduz

e) 6.

de moderado a muito alta

8

Por meio das características apresentadas, dê a natureza dos cristais.

29. (Faap-SP) Experimente lavar com água suas mãos sujas de graxa ou de manteiga. Seguem-se as afirmações: I – Suas mãos ficam limpas imediatamente, pois a graxa ou a manteiga se dissolve na presença de um oxidante, no caso a água. II – Suas mãos não ficam limpas, porque, não sendo solúveis em água, essas substâncias continuam aderidas às mãos. III – Suas mãos não ficam limpas, porque a dissolução é uma fusão a frio. Dessas afirmações: a) somente I e II são corretas. b) somente I e III são corretas. c) somente III é correta. d) somente II é correta. e) somente II e III são corretas.

30. (Fatec-SP) Considere que a água é uma substância polar, e o tetracloreto de carbono e o DDT são substâncias apolares. Adiciona-se tetracloreto de carbono (CCl4) a uma amostra de água contaminada por DDT e contida em funil de decantação, agitando-se a mistura logo em seguida. Assinale a alternativa contendo a figura que melhor representa o aspecto do sistema após a agitação. Dados: densidade da água = 0,998 g/cm3, densidade do CCl4 = 1,59 g/cm3. A

B

C

D

E

J. Yuji

25. (Vunesp) Duas substâncias sólidas, X e Y,, apresentam

Quantos erros o aluno cometeu? a) 2. b) 3. c) 4. d) 5.

CAPÍTULO

b) O CO2 é constituído por moléculas apolares e é pouco solúvel em água. c) O NH3 é constituído por moléculas apolares e é pouco solúvel em água. d) O NH3 é constituído por moléculas apolares e é bastante solúvel em água. e) Ambos os gases têm alto peso molecular e, portanto, não se dissolvem em água.

“A gasolina é um elemento químico mais volátil do que a água, porque na água as moléculas se unem mais fortemente do que na gasolina. Por serem líquidos apolares, ambas são perfeitamente miscíveis”.

271


3 SUBSTÂNCIAS INORGÂNICAS

E SUBSTÂNCIAS INORGÂNICAS

m 1807, o químico sueco Jöns Jacob Berzelius [1779-1848] propôs uma classificação para as substâncias, separando-as em dois grupos: orgânicas e inorgânicas. De acordo com Berzelius, substâncias orgânicas seriam aquelas obtidas a partir de matéria viva, possuidoras de força vital e, por isso, impossíveis de serem sintetizadas com base em materiais inorgânicos. As substâncias desprovidas de força vital, ditas inanimadas, foram denominadas substâncias inorgânicas. Essa ideia era amplamente aceita na época. Durante muito tempo, permaneceu um mistério para os químicos acerca do que diferenciaria as substâncias orgânicas das inorgânicas. Hoje sabemos que muitas das propriedades características do grande poder de transformações das substâncias orgânicas não se devem à força vital citada por Berzelius, mas ao fato de essas serem constituídas por moléculas formadas pela união consecutiva de átomos de carbono, também chamadas cadeias carbônicas. A classificação proposta por Berzelius entre substâncias orgânicas e inorgânicas usada até hoje considera a existência de cadeias carbônicas e não a origem da substância. Entre os vários tipos de substâncias inorgânicas, existem alguns que comumente são mencionados, quer por suas propriedades químicas, quer por seu largo emprego em processos químicos. Desses grupos, destacam-se os ácidos, as bases, os sais e os óxidos.

4 ÁCIDOS E BASES

Simone Nicola

Das variadas fontes naturais podem ser extraídas águas ácidas ou básicas. Em São Lourenço (MG), cidade conhecida por suas fontes térmicas naturais, localiza-se a fonte Vichy, que jorra uma água alcalina considerada medicinal.

272

O

aumento da produtividade agrícola depende do controle da acidez do solo. Cada tipo de cultura possui uma acidez adequada para o seu desenvolvimento, por isso os agricultores precisam determinar a acidez do solo para corrigi-lo por meio de reações químicas.

Pense Que materiais ácidos você conhece? Como podemos identificar se uma substância é ácida?

Um dos sérios problemas de poluição aquática está relacionado ao desequilíbrio das concentrações de espécies químicas presentes na água. Diversos fatores podem provocar diferentes desequilíbrios, entre os quais a chuva ácida, que provoca a acidez da água. A acidez é uma propriedade das soluções aquosas (embora também possa ser considerada para outros solventes diferentes da água) que afeta diretamente toda a vida do planeta. A ela está relacionada outra propriedade: a alcalinidade. Essas propriedades são mutuamente dependentes e inversamente proporcionais. Vamos ver como podemos determinar essas propriedades.


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

1

Como identificar ácidos e bases? O experimento que realizaremos agora é simples e pode ser feito com outros materiais diferentes dos listados. Recomenda-se que, por motivo de segurança, as partes A e B

sejam feitas pelo professor e os alunos façam, com segurança, a parte C.

3

5

Material • fonte de calor (bico de gás) • 1 filtro de papel ou de pano

• 1 frasco grande com conta-gotas • etiqueta

Procedimento 1. Pegue cinco folhas de repolho-roxo e pique em pequenos pedaços. 2. Coloque os pedaços de repolho em um recipiente que possa ir ao fogo e acrescente água destilada ou filtrada até o dobro do volume ocupado pelo repolho.

2

4

Parte A – Preparando o extrato indicador de acidez

• folha de repolho-roxo • recipiente para aquecimento

CAPÍTULO

Química na escola

6 7 8

3. Aqueça a água com repolho, deixando ferver até que o volume se reduza à metade do volume inicial. 4. Deixe esfriar e coe com o filtro. 5. Coloque o extrato no frasco com conta-gotas. Rotule e conserve em geladeira.

Destino dos resíduos 1. A parte sólida deverá ser descartada em um coletor de lixo orgânico.

Parte B – Preparando a escala de acidez

Material • extrato de repolho-roxo • solução de ácido clorídrico 0,1 mol/L (1 mL HCl concentrado em 100 mL de água destilada) • solução de hidróxido de sódio 0,1 mol/L (4 pastilhas em

100 mL de água destilada) • 13 tubos de ensaio • 13 rolhas para os tubos de ensaio • 2 pipetas (ou seringas) de 10 mL

Procedimento 1. Numere os tubos de 1 a 13. 2. Ao tubo de número 7, adicione 5 mL de água destilada. 3. Ao tubo de número 1, adicione 5 mL de solução 0,1 mol/L de HCl. 4. Ao tubo de número 2, adicione 0,5 mL da solução do tubo 1 e 4,5 mL de água destilada. 5. Ao tubo de número 3, adicione 0,5 mL da solução do tubo 2 e 4,5 mL de água destilada. 6. Prepare os tubos 4, 5 e 6 a partir das soluções anteriores, conforme os procedimentos 4 e 5. 7. Ao tubo de número 13, adicione 5 mL de solução 0,1 mol/L de NaOH.

8. Ao tubo de número 12, adicione 0,5 mL da solução do tubo 13 e 4,5 mL de água destilada. 9. Ao tubo de número 11, adicione 0,5 mL da solução do tubo 12 e 4,5 mL de água destilada. 10. Prepare os tubos 10, 9 e 8 a partir das soluções anteriores, conforme os procedimentos 8 e 9. 11. Coloque os tubos, em ordem numérica crescente, em um suporte para tubos de ensaio, acrescente 5 gotas do extrato de repolho-roxo, agite e tampe-os. Pronto, está completa sua escala de acidez. O número do tubo equivale ao pH e a cor da solução informará o pH de outras soluções contendo repolho-roxo na mesma proporção.

273


SUBSTÂNCIAS INORGÂNICAS

1. Por se tratar de pequenas quantidades, as soluções preparadas podem ser misturadas com água e drenadas pela pia. 2. O resíduo sólido deve ser descartado no lixo orgânico.

Hely Demutti

Destino dos resíduos

Cada solução contendo diferente quantidade de ácido ou base apresentará uma cor diferente quando acrescida de extrato de repolho-roxo.

Parte C – Testando materiais com extrato indicador

Material • • • •

tubos de ensaio (10 ou mais) extrato indicador produzido na parte A conta-gotas materiais a serem testados, como: água de torneira, solução aquosa de cloreto de sódio, solução aquosa de açúcar, detergente líquido incolor, sabão líquido incolor, limpa-alumínio ou desengordurante, vinagre branco, solução diluída de limpa-forno, suco de diferentes frutas (caju, limão, laranja, acerola, abacaxi etc.), solução de água de bateria diluída a 1/10 (1 mL de solução + 9 mL de água = 10 mL total), comprimido antiácido dissolvido em água, água sanitária, leite de magnésia e soda limonada.

Procedimento 1. Desenhe em seu caderno uma tabela, como Material 1 2 3 4 ... a apresentada ao lado, contendo uma coluna para cada um dos materiais a serem testados. Cor inicial z z z z z 2. Numere os tubos e adicione a cada um deles Cor final z z z z z 5 mL de um dos materiais a serem testados, acrescente 5 mL de água e agite bem. Semelhante ao z z z z z 3. Observe e anote na sua tabela a cor inicial tubo número de cada solução. 4. Adicione 10 gotas do extrato de repolho-roxo e agite. Observe e anote a cor final de cada solução. 5. Compare as cores finais dos tubos com os tubos preparados pelo professor e numerados de 1 a 13. Se não for possível preparar a escala descrita na parte B do procedimento, compare seus materiais com a imagem anterior.

Destino dos resíduos 1. Por se tratar de pequenas quantidades, as soluções preparadas podem ser misturadas com água e drenadas pela pia.

Análise de dados 1. Classifique os materiais testados em dois grupos. 2. Qual dos dois grupos de substâncias você considera que tem propriedades ácidas e qual apresenta propriedades básicas? 3. Com base nos testes, identifique as propriedades dos ácidos e das bases em contato com indicadores. 4. Quais materiais são mais ácidos e quais são mais básicos? Justifique. 5. Qualquer material ácido ou alcalino é prejudicial à saúde?

274


CAPÍTULO 1 2 3 4 5 6 Hely Demutti

A palavra ácido vem do latim, acidus, e significa “azedo” ou “picante”. Em geral, as soluções aquosas das substâncias classificadas como ácidas apresentam as seguintes propriedades químicas: reagem com certos metais (ferro, zinco etc.), liberando hidrogênio (H2); reagem com bicarbonatos e carbonatos, liberando gás carbônico (CO2); neutralizam soluções básicas. A palavra álcali tem origem árabe e significa “cinzas vegetais”. A partir do século XVI, essas substâncias passaram a ser também denominadas bases,, que é atualmente o nome mais difundido. As soluções aquosas de bases apresentam, geralmente, sensação escorregadia ao tato (cuidado:: essas substâncias são corrosivas) e neutralizam ácidos. Qualitativamente, podemos fazer testes visuais que indicam se os materiais são ácidos ou básicos (alcalinos). A forma mais simples é utilizar substâncias denominadas indicadores de ácido e base,, como o extrato de repolho-roxo ou indicadores comerciais proDiferentes indicadores duzidos por indústrias químicas. Além disso, os químicos contam com equipamentos que são utilizados para medir fornecem resultados mais precisos. a acidez de soluções ou Para isso, eles desenvolveram uma grandeza denominada pH, a ser estudada adiante, mesmo de águas de piscique fornece medidas em uma escala que varia de 0 a 14. De acordo com essa escala, ponas, rios etc. demos saber se um material é ácido ou básico. Materiais que apresentam pH abaixo de 7 são ácidos, a Variação de acidez e basicidade de acordo com pH 25 °C, enquanto materiais com valores de pH acima de 7 são básicos, conforme esquema ao lado. As propriedades de acidez e as de alcalinidade são opostas, ou seja, quanto maior a acidez, menor será a alcalinidade, e vice-versa. O esquema ao lado ilustra bem essa relação. Material ácido Material básico Os alquimistas foram os descobridores dos ácidos clorídrico, nítrico e sulfúrico, denominados ácidos minerais por aumento aumento da da acidez basicidade se originar de sais de minerais. A grande reatividade desses ácidos fez deles importantes reagentes para os alquimistas que, segundo relatos, já os utilizavam antes do século X. Já na Idade Média, ao estudar os materiais, os alquimistas perceberam que muitas substâncias e materiais podiam ser classificados quanto à alteração que produziam na cor de certos extratos vegetais. Essa Qualquer material conclassificação deu origem a dois grupos. Um deles constitui os ácidos e o outro, as bases. tendo água líquida apresenta um valor de pH. Das ideias do alquimista vitalista belga Johan Baptist van Helmont [1580-1644] surQuando esse valor é igual giu uma teoria ácido-base que classificava as substâncias de acordo com esse critério. a 7, diz-se que o material Ele acreditava que poderia unificar a Química e a Fisiologia porque a fermentação de é neutro. produtos da digestão de seres vivos segrega, ao fim, materiais ácidos ou básicos. Para ele, a relação entre os materiais orgânicos e inorgânicos poderia ser explicada pela teoria ácido-base. Ainda segundo essa teoria, toda substância, independentemente de sua origem, deveriam conter um componente ácido ou básico. O químico irlandês Robert Boyle [1627-1691] considerava um erro generalizar que todas as substâncias poderiam ser explicadas pela teoria ácido-alcalino. Segundo ele, o melhor método para identificar a acidez ou alcalinidade de substâncias era por meio de testes químicos bastante difundidos naquela época, como o da efervescência, do gosto e da mudança de cor. Note que, atualmente, é impensável provar o gosto de uma substância ou material desconhecido. Esses testes deveriam ser estudados em conjunto, e somente substâncias que apresentassem resposta positiva a todos eles poderiam ser classificadas como ácidas ou alcalinas. O teste da mudança de cor já era bastante difundido, mas Boyle está entre os primeiros a notar que todos os ácidos, e não apenas alguns, realizavam a mudança de cor nas substâncias usadas como indicadores. Ele também foi um dos primeiros a perceber que os indicadores poderiam ser usados ainda para testar a alcalinidade.

7 8

275


Fotos: Hely Demutti

SUBSTÂNCIAS INORGÂNICAS

Reconhecemos que diferentes frutas estão maduras pela cor e pelo sabor que apresentam. A banana verde “trava” a língua devido à adstringência, característica de álcalis. A laranja verde é mais azeda, característica de ácidos.

Antoine Lavoisier considerava que todos os ácidos eram formados pela combinação de oxigênio, sendo este o responsável pela acidez. Para ele, todos os ácidos deveriam conter oxigênio. Historicamente, considera-se que elaborou o primeiro conceito científico para ácidos e bases quando afirmou que “o oxigênio é princípio acidificante”. Anos depois, Humphry Davy [1778-1829] demonstrou que vários ácidos não possuem oxigênio em suas estruturas. O extrato de beterraba ou de repolho-roxo que utilizamos no experimento anterior é um indicador natural, como os usados pelos alquimistas. Você deve ter notado como variava a coloração das diferentes soluções. Os indicadores são substâncias orgânicas que possuem moléculas grandes que se alteram em função da acidez do meio. Ao ter suas estruturas moleculares alteradas, as substâncias passam a apresentar cores diferentes. Há diversas substâncias que servem de indicadores, atuando em diferentes faixas de acidez. Diversos frutos e flores possuem substâncias que são pigmentos sensíveis à variação da acidez do meio. Por isso, frutas maduras normalmente apresentam cores diferentes de quando estão “verdes”. Desde os tempos dos alquimistas, extratos de tornassol (uma espécie de líquen) e repolho-roxo são usados na química como indicadores. Esse processo de extração de corantes naturais obteve tal desenvolvimento que se afirma terem sido eles os verdadeiros precursores da química dos corantes sintéticos. Veja na tabela a seguir a coloração de alguns indicadores usados em laboratórios. EXEMPLOS DE INDICADORES UTILIZADOS NO LABORATÓRIO Indicador Fenolftaleína Azul de bromotimol Tornassol Alaranjado de metila Indicador universal

Cor na solução Meio ácido Meio neutro incolor incolor amarelo verde vermelho azul vermelho amarelo de vermelho a alaranjado amarelo esverdeado

Meio básico lilás azul azul amarelo de azul a verde

Hulton Archive/Getty Images

amarelo de alizarina (10,1 – 12,0)

Os alquimistas trabalhavam com vários ácidos. Esta é uma pintura de David Teniers [1610-1690], que retrata o trabalho e o ambiente alquimistas no quadro O Alquimista (óleo sobre tela, 73 × 92 cm).

fenolftaleína (8,2 – 10,0) azul de bromotimol (6,0 – 7,6) púrpura de metila (4,8 – 5,4) azul de bromofenol (3,0 – 4,6) azul de timol (1,2 – 2,8)

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0 pOH

Cores (aproximadas) de alguns indicadores ácido-base em diferentes valores de pH.

276


CAPÍTULO

Joan Baptist van Helmont [1580-1644], médico, químico e filósofo belga, foi o criador do conceito de gás e um dos primeiros a fazer uso sistemático da balança.

AKG/Latinstock

SPL/Latinstock

Chemical Heritage Foundation

Pequena galeria de cientistas famosos que estudaram os ácidos e as bases

1 2 3

Robert Boyle [1627-1691] estudou fenômenos físicos e ficou muito conhecido pela descoberta de que o volume de um gás, sendo a temperatura mantida constante, é inversamente proporcional à pressão.

Antoine Laurent Lavoisier [1743-1794], químico francês, considerado o pai da Química, teve suas ideias divulgadas ao publicar o livro Traité Eléméntaire de Chimie, em 1789.

4 5 6 7 8

pH: a escala de acidez Pense Qual é a relação entre o valor do pH de uma solução e sua acidez?

A acidez das soluções e materiais é determinada com base na escala de pH. A escala de pH está relacionada com a concentração de íons hidrogênio (H+ ou H3O+) presentes na solução. Essa escala varia de 0 a 14, embora algumas soluções possam apresentar valores fora dela. Para uma solução aquosa, a 25 oC e 1 atm, o pH está relacionado com a acidez, como mostra a tabela abaixo. VALORES DE pH PARA SOLUÇÕES AQUOSAS Solução aquosa

pH

Ácida

<7

Neutra

=7

Básica

>7

Quanto mais ácida (menos básica) a solução, menor será o valor do pH. Quanto menos ácida (mais básica), maior será o valor do pH. Para que você tenha uma boa ideia do que isso significa, antes de estudar essa escala no próximo capítulo, saiba que a numeração dos tubos na parte A do experimento anterior correspondia aos valores de pH. Sabendo disso, compare o processo de preparação de cada solução com os valores de pH e você estará apto a responder à pergunta do Pense no início desta seção. Para você entender melhor, desenhe em seu caderno uma tabela como a apresentada a seguir e complete-a, indicando se o produto é ácido, básico ou neutro e as cores que cada material ficará, caso se adicione os indicadores listados.

277


SUBSTÂNCIAS INORGÂNICAS

Produto

pH

Solução de NaOH

13,5

Água de cal

12,2

Creme dental

9,5

Solução de bicarbonato de sódio

8,2

Água destilada

7,0

Água gaseificada

4,5

Vinagre

3,2

Suco de limão

2,5

Suco gástrico

1,2

Solução de HCl

0,5

Ácido, básico ou neutro?

z z z z z z z z z z

Amarelo Azul de Púrpura Azul de Azul de de Fenolftaleína bromotimol de metila bromofenol timol alizarina

zzz zzz zzz zzz zzz zzz zzz zzz zzz zzz

zzzz zzzz zzzz zzzz zzzz zzzz zzzz zzzz zzzz zzzz

zzz zzz zzz zzz zzz zzz zzz zzz zzz zzz

zzz zzz zzz zzz zzz zzz zzz zzz zzz zzz

zzz zzz zzz zzz zzz zzz zzz zzz zzz zzz

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Ácidos A presença dos ácidos é comum em nosso dia a dia. Eles são encontrados em frutas cítricas, produtos de limpeza, entre outros. Além disso, estão presentes em diversos processos industriais. Fotos: Hely Demutti

Exemplos de aplicação de alguns ácidos comuns

278

Ácido clorídrico (HCl)

Ácido carbônico (H2CO3)

Ácido nítrico (HNO3)

Comercializado como ácido muriático, é utilizado para limpeza de pisos, formação de haletos orgânicos (CH3Cl) e limpeza de superfícies metálicas antes do processo de soldagem.

Presente nos refrigerantes e nas águas minerais gaseificadas.

Fabricação de explosivos (TNT, pólvora negra e outros) e fabricação de salitre (NaNO3 e KNO3), utilizado como fertilizante.

Ácido fluorídrico (HF)

Ácido fosfórico (H3PO4)

Ácido sulfúrico (H2SO4)

Aplicado na gravação de cristais e de vidros.

Fabricação de fertilizantes, em indústrias de vidro e de tinturaria, na produção de refrigerantes à base de cola.

Produção de fertilizantes, soluções de baterias de automóveis, em indústrias de tintas e papéis e no refino de açúcar.

Ácido acético (CH3COOH)

Utilizado como condimento culinário (vinagre, solução 3% a 7%).


CAPÍTULO

Hidróxido de sódio (NaOH)

Hidróxido de amônio (NH4OH)

Utilizado na fabricação de sabão,, em indústrias de papel, celulose e corantes.

Empregado na produção de fertilizantes, explosivos, em produtos para remover crostas de gorduras, em produtos farmacêuticos e na revelação de filmes fotográficos.

Hidróxido de magnésio [Mg(OH)2]

Usado em produtos farmacêuticos (antiácido e laxante).

Hidróxido de alumínio [Al(OH)3]

1

Utilizado como antiácido estomacal.

2 3 4

Hidróxido de cálcio [Ca(OH)2]

5

Formado pela dissolução de cal em água, é utilizado na preparação de argamassa e caiação.

6

Os ácidos e álcalis também participam de diversos fenômenos naturais relacionados à atmosfera, aos ambientes aquáticos e ao solo. Um bom exemplo de processo natural envolvendo a participação de ácidos é a formação de cavernas. No mundo, há diversas regiões ricas em cavernas. Somente no Brasil, existem cerca de 2 800 cavernas cadastradas pela Sociedade Brasileira de Espeleologia, mas imagina-se que esse número possa ser bem maior. Algumas são pontos turísticos e atraem multidões de curiosos. As cavernas são sistemas complexos, formados por reações químicas produzidas, ao longo dos anos, pela ação das águas em rochas submersas no solo. A maioria delas é formada a partir do calcário, mineral cujo principal constituinte é o carbonato de cálcio (CaCO3). Além daquelas formadas por outros minerais, como arenito, mármore e granito. As rochas carbonáticas originaram-se, há centenas de milhares de anos, do acúmulo de carbonato de cálcio em antigos mares. O rebaixamento do fundo marinho e o soterramento deram origem a essas rochas em nosso subsolo. Está presente na atmosfera terrestre, entre outros gases, o gás carbônico (CO2). Esse gás é parcialmente solubilizado pela água (H2O), produzindo o ácido carbônico (H2CO3), conforme a equação: CO2(g) + H2O(l) F H2CO3(aq) O contato entre o ácido carbônico, dissolvido em água, e as rochas carbonatadas produz o bicarbonato de cálcio, Ca(HCO3)2, de acordo com a equação a seguir:

7 8 Rení de Sousa

Fotos: Hely Demutti

Exemplos de aplicação de algumas bases comuns

Vista do interior da Toca da Boa Vista, localizada em Campo Formoso (BA). Considerada a maior caverna do hemisfério Sul, a Toca já teve mais de 100 km visitados por pesquisadores. Lá foram encontrados fósseis da fauna extinta da região, além de terem sido descobertas novas espécies de animais.

H2CO3(aq) + CaCO3(s) ( Ca2+(aq) + 2HCO3– (aq) Considerando as duas equações anteriores, podemos descrever o processo total pela equação: CaCO3(s) + CO2(g) + H2O(l) ( Ca2+(aq) + 2HCO3– (aq) Como o bicarbonato de cálcio é mais solúvel, permite a dissolução do carbonato de cálcio, removido do solo. Essa remoção permite a formação de condutos que evoluem, gerando galerias e amplos salões ao longo das cavernas.

279


Jose Ayrton Labegalini

SUBSTÂNCIAS INORGÂNICAS Ricardo Azoury/Pulsar Imagens

No interior das cavernas ocorre a formação de estalagmites, no chão, e de estalactites, no teto.

O ácido sulfúrico é um dos produtos mais utilizados na indústria química, como nesta indústria de papel.

Depois de abertos os espaços subterrâneos, outras reações químicas acontecem a partir da água que se infiltra pelo teto e paredes das cavernas, dando origem a uma variedade de fascinantes formas de precipitação, denominadas espeleotemas, entre as quais estão as estalactites (formadas no teto) e as estalagmites (formadas no chão). Na indústria, os ácidos têm papel fundamental. Além de servirem de matéria-prima, são importantíssimos em processos de manufatura. Ao falar da utilização de ácidos pela indústria, não podemos esquecer o ácido sulfúrico, pois sua importância é tão grande que seu consumo pode ser utilizado como termômetro para medir o desenvolvimento de uma nação. Com aspecto líquido incolor e viscoso, o ácido sulfúrico (H2SO4) é um forte oxidante e desidratante. Relativamente barato, é muito utilizado na manufatura de couro, como fertilizantes e em uma enorme lista de processos de diferentes ramos da indústria. Também merecem destaque os ácidos clorídrico (HCl) e nítrico (HNO3). O ácido clorídrico é muito utilizado pelas indústrias química, metalúrgica, alimentícia e petroquímica. Esse ácido é comercializado na forma de solução aquosa, em torno de 35%, já que nas CNTP é um gás (cloreto de hidrogênio). O ácido nítrico, também gás em CNTP, é comercializado como solução aquosa em torno de 53%. Esse ácido é muito empregado na purificação de ouro e prata, na gravação em metais e na produção de adubos nitrogenados.

Chuva ácida Pense

Hely Demutti

O que é chuva ácida?

A chuva ácida pode deteriorar monumentos de calcário ou de mármore e estruturas metálicas de construções.

280

Quem nunca brincou na chuva? Dançou, pulou, pedalou, namorou ou, simplesmente, molhou-se de propósito? Quantas recordações a chuva nos traz? Algumas boas; outras, nem tanto... A chuva, segundo os meteorologistas, nada mais é do que um acúmulo de água nas nuvens que cai na superfície terrestre em forma de gotas. A atmosfera não contém somente nuvens. Ela é composta por uma mistura de gases que contêm, principalmente, nitrogênio e oxigênio. Outro gás comum na atmosfera é o dióxido de carbono (CO2), também conhecido como gás carbônico. Esse gás, produzido por plantas, animais e diversos fenômenos naturais, dissolve-se em água formando o ácido carbônico. O ácido carbônico presente na água da chuva forma íons hidrônio (H3O+), tornando-a naturalmente ácida. Em condições normais, o gás carbônico presente na atmosfera confere à chuva valores de pH entre 7,0 e 5,6. Porém a presença de outros gases pode tornar o pH menor que 5,6. Nesses casos, dizemos que a chuva é ácida.


Nesta escala, você pode visualizar as faixas de pH das chuvas, rios e mares. Os peixes não sobrevivem em valores de pH abaixo de 3 e não se reproduzem adequadamente em águas com pH abaixo de 5.

alcalinidade

chuva ácida

CAPÍTULO

acidez

1 2 3 4

De quem é a culpa da devastação dessa floresta, na República Tcheca? Talvez não saibamos quem é o culpado, mas sabemos o motivo: chuva ácida!

mar rios chuva normal

6 7 Nipik/Creative Commons

No nosso planeta, a chuva é fundamental para a vida. Entretanto, quando apresenta valores de pH inferiores aos normais, a chuva pode prejudicar a fauna, a flora e os diferentes ecossistemas. Diversos gases, em diferentes regiões, gerados por indústrias, veículos e queimadas, têm tornado a chuva mais ácida que o normal. Essa acidez pode chegar a valores de pH próximos de 2. Os principais gases que provocam a chuva ácida são o dióxido de carbono (CO2), o dióxido de enxofre (SO2), o trióxido de enxofre (SO3) e o dióxido de nitrogênio (NO2). Vejamos algumas transformações que esses gases sofrem para produzir ácidos na atmosfera.

5

8

I – 2SO2(g) + O2(g) ( 2SO3(g) SO3(g) + H2O(l) ( H2SO4(aq) Etapas da poluição da chuva ácida

AMj Studio

II – NO2(g) + H2O(l) ( HNO3(aq) + HNO2(aq) dióxido de enxofre

óxidos de nitrogênio chuva ácida precipitação seca

precipitação úmida

atmosfera →

Os gases da chuva ácida ultrapassam fronteiras, causando efeitos nos rios, solos e lagos de outras regiões que não são as geradoras dos gases poluentes. São responsáveis pela destruição de grandes áreas de florestas e extinção de vidas em muitos rios e lagos.

281


cal

antiácido

magnésia líquida concentrada

soda cáustica

Bases Assim como os ácidos, os álcalis também têm larga aplicação em nossa sociedade moderna. Em nossa casa, por exemplo, eles estão presentes em materiais como sabões, detergentes e outros produtos de limpeza. Na indústria, têm papel fundamental a soda cáustica (hidróxido de sódio comercial), a potassa (hidróxido de potássio comercial) e a amônia (em solução aquosa). Dessas três, merece destaque, graças à sua importância industrial, o hidróxido de sódio que é amplamente empregado em especial na produção de papel, sabões, têxtil e petroquímica. ALGUMAS BASES UTILIZADAS EM NOSSO DIA A DIA E SUAS FUNÇÕES Hidróxido de

Fotos: Hely Demutti

polidor

282

Os álcalis podem ser encontrados como reagentes de laboratório ou podem participar de materiais comuns de nosso cotidiano. Compare esses exemplos com os da tabela ao lado.

Aplicação

sódio (NaOH)

Utilizado na fabricação de sabão, de papel, celulose e corantes.

cálcio (Ca(OH)2)

Formado pela dissolução de cal em água, é utilizado na preparação de argamassa e caiação.

magnésio (Mg(OH)2)

Usado em produtos farmacêuticos (antiácido e laxante).

amônio (NH4OH)

Utilizado na produção de fertilizantes, explosivos, em produtos para remover crostas de gorduras, em produtos farmacêuticos e na revelação de filmes fotográficos.

alumínio (Al(OH)3)

Utilizado como antiácido estomacal.

Hely Demutti

SUBSTÂNCIAS INORGÂNICAS

antiácido

Os gases que provocam a chuva ácida podem ser transportados pelas correntes de ar para locais distantes de onde foram produzidos. Assim, regiões que não produzem esses gases também podem sofrer seus efeitos. A chuva ácida é responsável por diversos problemas ambientais. Com a acidez elevada, a fotossíntese torna-se mais lenta, podendo causar a morte de plantas. Os peixes também são muito afetados, já que o pH normal para a vida aquática está entre 6,5 e 9,5. Várias espécies de peixes morrem quando a água apresenta valores de pH inferiores a 6,0. A maior parte da vida aquática desaparece quando o pH fica abaixo de 5,0. Lagos com valores de pH menores que 4,0 tornam-se praticamente mortos. As consequências danosas desses gases não são percebidas somente na natureza. Na A criação de peixes em aquários pequenos ou grandes exige cidade, seus efeitos podem ser muito cuidado, como o controle do pH. percebidos pela deterioração de monumentos históricos feitos de mármore ou pedra-sabão, corrosão de estruturas metálicas, aparecimento de trincas na superfície dos prédios, quebra de artefatos de náilon, entre outros.


CAPÍTULO

5 TEORIAS DE ÁCIDOS E BASES

C

omo você pode saber se uma substância é ácida ou básica? Inicialmente, um critério utilizado para classificar substâncias em ácidas ou básicas era o sabor: ácidos são azedos e bases são adstringentes (“travam” a língua, como uma banana verde). Você há de concordar que a comunidade de químicos seria bem menor se esse ainda fosse o critério utilizado, pois muitos deles não sobreviveriam após provar tantos ácidos e bases. Esse não é um critério científico porque põe em risco a saúde das pessoas e é muito subjetivo (depende da percepção de cada indivíduo). Como ciência, a Química sempre buscou teorias e modelos que explicassem o comportamento das substâncias, entre as quais o de ácidos e bases. Veja algumas dessas teorias que foram mais difundidas, entre diversas outras.

1 2 3 4 5 6 7

A teoria ácido-base de Arrhenius

8

Svante August Arrhenius [1859-1927], químico, físico e matemático sueco, desenvolveu, entre 1880 e 1890, a teoria da dissociação iônica. Segundo essa teoria, o íon de hidrogênio H+, que, na presença de água forma o cátion hidrônio (H3O+), é responsável pelas propriedades ácidas; enquanto o ânion hidroxila (OH –) é responsável pelas propriedades básicas. Para Arrhenius: Ácido é toda substância que, em água, libera íons hidrogênio – H+.

Base é toda substância que, em água, libera íons hidroxila – OH –. Dessa forma, temos como exemplo as substâncias representadas pelas equações: HCl(aq) ( H+(aq) + Cl– (aq) NaOH(aq) ( Na+(aq) + OH– (aq) Os ácidos são substâncias moleculares, sendo assim, o processo da liberação de íons H+ ocorre por ionização. Ou seja, há rompimento de ligações covalentes com formação de íons. As bases são, geralmente, substâncias iônicas; portanto, o processo de liberação de íons OH – ocorre por dissociação iônica. Ou seja, ao contato com a água, os íons separam-se devido à solvatação. As bases moleculares ionizam-se por processo semelhante ao que ocorre com os ácidos no qual há quebra de ligação covalente e formação de íons. Cloreto de sódio aquoso

Ácido acético sólido

Ácido acético aquoso

J. Yuji

Cloreto de sódio sólido

Representação microscópica da dissociação iônica (separação de íons) do cloreto de sódio e da dissolução e ionização do ácido acético em água.

Cloreto

Sódio

Ácido acético

Íon acetato

Íon H+

283


Dissociação de bases: KOH(aq) ( K+(aq) + OH– (aq) Mg(OH)2(aq) ( Mg2+(aq) + 2OH– (aq) J. Yuji

SUBSTÂNCIAS INORGÂNICAS

Vejamos alguns exemplos: Ionização de ácidos: HNO3(aq) ( H+(aq) + NO3– (aq) H2SO4(aq) ( 2H +(aq) + SO42– (aq)

Como é comum nas ciências, a explicação de Arrhenius para o comportamento de ácidos e bases foi criticada. A primeira crítica foi sobre a natureza do próton em solução aquosa: não é correto imaginar dissociação de ácidos produzindo prótons livres. Então, propôs-se que esses prótons se ligariam a moléculas de água, por meio de ligação coordenada, formando o cátion hidrônio (H3O+). Veja a estrutura ao lado. O próton hidratado (H3O+), chamado de hidrônio, é estável em solução aquosa. Outras teorias afirmam que também os íons hidrônios não têm existência isolada e propõem modelos contendo maiores números de moléculas de água ligadas ao próton. No entanto, para nós, o importante é saber que na solução aquosa existe, de alguma forma, o próton H+. Uma segunda crítica à teoria de Arrhenius está relacionada a substâncias que não contêm hidroxila e são bases. Um exemplo é a substância amônia, que age como base de Arrhenius, mas suas moléculas não possuem hidroxila. Nesse caso, é possível entender a razão se imaginarmos que a reação ocorra em etapas da seguinte forma:

O

Fórmula eletrônica de Lewis do íon hidrônio.

Pelo menos três moléculas de água interagem com o íon hidrônio, ajudando a distribuir a carga do íon.

NH3(aq) + H2O(l) ( NH4OH(aq) Elfelt/Royal Danish Embassy, Copenhagen

O hidróxido de amônio (NH4OH), por sua vez, irá se ionizar segundo a equação: NH4OH(aq) ( NH4+(aq) + OH– (aq) Assim, podemos representar a reação pela seguinte equação geral: NH3(aq) + H2O(l) ( NH4+(aq) + OH– (aq)

A teoria de Brönsted-Lowry

Edgar Fahs Smith Collection

A teoria de Arrhenius, embora muito útil, era limitada a soluções aquosas. Para melhor explicar os ácidos e as bases, em 1923, o dinamarquês Johannes Nicolaus Brönsted [1879-1947] e o neozelandês Thomas Martin Lowry [1874-1936] propuseram, de forma independente, uma nova teoria que ficou conhecida como teoria de Brönsted-Lowry. De acordo com essa teoria, ácidos são espécies que tendem a perder prótons e bases são espécies que tendem a recebê-los. Como exemplos, vamos analisar o caso do ácido clorídrico. Nessa reação, o átomo de hidrogênio do HCl é transferido para a molécula de água, formando o íon hidrônio. Daí, podemos dizer que o HCl doou um próton, o íon H+, para a água. Então, segundo Brönsted-Lowry, o HCl é um ácido e a água é uma base. HCl(aq) + H2O(aq) ( H3O +(aq) + Cl– (aq) Os químicos Brönsted e Lowry, trabalhando em diferentes países, propuseram teorias semelhantes para explicar o comportamento dos ácidos e das bases.

284

base

J. Yuji

ácido

Cl

Segundo a teoria de Brönsted-Lowry, o ácido clorídrico é ácido porque suas moléculas doam prótons para as moléculas de água. Nesse caso, a água é uma base. A representação de Lewis ajuda a compreender a reação.


CAPÍTULO

Essa é uma reação reversível na qual os íons H3O+ e Cl– podem reagir, regenerando os reagentes. H3O +(aq) + Cl– (aq) ( HCl(aq) + H2O(aq) ácido

base

1

Nessa reação, podemos observar que o íon hidrônio doou um próton, o íon H+, para o ânion – Cl . Portanto, segundo Brönsted-Lowry, o íon hidrônio é um ácido e o ânion Cl– é uma base. HCl e Cl–, portanto, formam um par ácido-base conjugado. Ou seja, a espécie HCl é um ácido porque doa um próton e transforma-se no Cl–. O Cl–, por sua vez, é uma base que pode receber um próton transformando-se na espécie HCl. Na reação apresentada, o outro par ácido-base conjugado é formado pelas espécies H2O e H3O+, sendo a primeira a base, pode receber próton, e a segunda, o ácido, pode doar próton. Para diferenciar esse par do outro, eles são designados par conjugado 1 e par conjugado 2. Veja outro exemplo: NH3(aq) + H2O(aq) F NH4+(aq) + OH– (aq) base 1

ácido 2

ácido 1

2 3 4 5 6 7 8

base 2

Para essa reação, as espécies NH3 e NH formam um par ácido-base (1) e as H2O e OH – formam o outro par ácido-base (2). Então, de acordo com a teoria de Brönsted-Lowry: + 4

Base é toda substância que pode receber prótons.

Observe que, de acordo com Brönsted-Lowry, os conceitos de ácido e base são relativos: dependem da espécie química com a qual a substância está reagindo para saber se ela é ácida ou básica. Nesse sentido, muitas substâncias podem ser classificadas como ácidas ou básicas, dependendo da reação na qual estiverem participando. A água, por exemplo, na reação com ácido clorídrico (HCl), foi classificada como base, mas, na reação com a amônia (NH3), foi classificada como ácido. Na primeira reação, as moléculas agem como base e na segunda agem como ácido. Isso pode acontecer com diversas substâncias. As substâncias que agem dessa forma são denominadas anfóteras. No caso da água, podemos escrever a equação química: H2O(l) + H2O(l) F H3O +(aq) + OH– (aq) ácido 1

base 2

ácido 2

base 1

Para que uma substância anfótera possa se comportar como ácido, ela deverá estar em contato com uma base mais forte que sua base. Para que possa agir como base, deverá ser colocada em contato com um ácido mais forte que seu ácido.

A teoria de Lewis No mesmo ano em que Brönsted e Lowry apresentaram suas teorias sobre ácidos e bases, o químico norte-americano Gilbert Newton Lewis [1875-1946] propôs uma teoria sobre ligações químicas que também apresenta definições para ácidos e bases. De acordo com Lewis: Ácidos são espécies capazes de receber pares de elétrons.

Bases são espécies capazes de doar pares de elétrons.

Gilbert Newton Lewis é considerado um dos mais influente químicos norte-americanos, responsável pela grande alavancada da Química nos EUA, antes praticamente restrita à Europa. Michael Kasha/Depto. de Quimica, Berkeley

Ácido é toda substância que pode doar prótons.

285


J. Yuji

SUBSTÂNCIAS INORGÂNICAS

A teoria de ácido-base de Lewis é mais abrangente que a teoria de Brönsted-Lowry, que, por sua vez, é mais abrangente que a de Arrhenius.

A proposta de Lewis é mais abrangente que as de Brönsted e Lowry, mas não as invalida. Segundo Lewis, uma reação ácido-base consiste na formação de uma ligação covalente coordenada mais estável. A proposta de Lewis explica também as reações ácido-base em outros solventes como etanol. Posteriormente, outras teorias foram apresentadas para explicar o comportamento de ácidos e bases em soluções aquosas ou não aquosas. Entretanto, para nossos estudos, como veremos logo adiante, as teorias de Arrhenius e Brönsted-Lowry são suficientes para explicar os processos químicos de ácido-base, tanto do ponto de vista qualitativo como quantitativo. O estudo das teorias ácido-base é um bom exemplo de como na Ciência convivem diferentes teorias e modelos. Muitas vezes, teorias menos complexas ou mais restritas são suficientes para explicar sistemas mais simples. Em outros casos, precisamos de teorias mais elaboradas.

6 NOMENCLATURA DE ÁCIDOS E BASES

O

nome de muitas substâncias foi atribuído historicamente por razões diversas e alguns tornaram-se tão comuns que até hoje são usados mesmo no estudo da Química, como ácido fórmico, açúcar, amônia e outros. Os químicos, no entanto, desenvolveram sistemas de nomenclaturas para as substâncias com regras as quais são fundamentadas nas estruturas dos constituintes. Vamos aprender agora as regras gerais dos sistemas usualmente adotados em Química. A regra geral para nomear as substâncias inorgânicas tem como base os nomes dos cátions e dos ânions. Em geral, os cátions são monoatômicos e seu nome é dado pelo próprio nome do elemento químico. Quando átomos de um mesmo elemento químico podem formar mais de uma espécie de cátion, então indica-se na frente do nome do elemento químico a carga do cátion escrita em algarismo romano entre parênteses. Por exemplo, o nome dos cátions Fe2+ e Fe3+ são, respectivamente, ferro (II) e ferro (III). Um sistema antigo, mais usual, é o de atribuir nomes a esses cátions com os sufixos -oso e -ico para íons com cargas menores e maiores, respectivamente. No quadro a seguir são apresentados nomes de alguns cátions. SÍMBOLOS E NOMES DE ALGUNS CÁTIONS NH

Amônio

Ba2+

Bário

Hg2+

Mercúrio II (mercúrico)

Hidrogênio

2+

Zn

Zinco

Au

Ouro I (auroso)

Lítio

3+

Al

Alumínio

3+

Au

Ouro III (áurico)

Na

Sódio

Fe

Ferro II

2+

Pb

Chumbo II (plumboso)

K

Ferro III

Pb

+ 4

H

+

Li

+ +

2+

+

Potássio

Fe

+

Prata

Co

Cobalto II (cobaltoso)

Ni

2+

Be

Berílio

Co

Cobalto III (cobáltico)

Sn

Estanho II (estanhoso)

Mg2+

Magnésio

Cu+

Cobre I (cuproso)

Sn4+

Estanho IV (estânico)

Ca2+

Cálcio

Cu2+

Cobre II (cúprico)

Mn2+

Manganês II (manganoso)

Sr

Estrôncio

Hg

Mercúrio I (mercuroso)

Mn

Manganês IV (mangânico)

+

Ag

2+

3+ 2+ 3+

+

4+

Chumbo IV (plúmbico)

3+

Níquel

2+

4+

Observe que o nome de cátions diferentes de um mesmo elemento tem na sua frente a indicação de carga em algarismo romano.

286


CAPÍTULO

Existem vários ânions que são poliatômicos, por isso, o nome dos ânions envolve mais regras do que o dos cátions. Desse modo, para a nomenclatura dos ânions é recomendável a utilização de um quadro de nome dos ânions como o apresentado abaixo.

1

SÍMBOLOS E NOMES DE ALGUNS ÂNIONS Halogênios F–

Fluoreto

Nitrogênio

2

NO2–

Nitrito

3

NO

Nitrato

Manganês Permanganato

MnO4–

Crômio

Br

Brometo

I

Iodeto

CrO

Cl–

Cloreto

Cr2O72–

ClO –

Hipoclorito

ClO2–

Clorito

CN –

ClO

Clorato

H3CCOO

ClO4–

Perclorato

CO32–

Carbonato

OH –

Hidróxido

HCO3.–

Carbonato de hidrogênio ou bicarbonato

O2–

Óxido

HCOO –

Formiato ou metanoato

O22–

Peróxido

– 3

Fósforo Fosfato

PO43–

– 3

Dicromato Carbono Cianeto –

4

Enxofre

Cromato

2– 4

5

S2–

Sulfeto

SO32–

Sulfito

6

SO42–

Sulfato

7

Oxigênio

Acetato ou etanoato

8

Pense Observe o quadro anterior e identifique o que diferencia os ânions de um mesmo elemento químico que possuam com sufixo -eto dos ânions com sufixo -ato ou -ito.

A regra geral é que os ânions monoatômicos terminam em -eto. Já a maioria dos ânions poliatômicos tem átomos de oxigênio e, por isso, são chamados oxiânions. Os oxiânions com menor número de oxigênio recebem o sufixo -ito e os com maior número o sufixo -ato. Assim, os oxiânions NO2– e NO3– são denominados, respectivamente, nitrito e nitrato. Há ânions com composição mais complexa, com regras mais elaboradas incluindo uso de prefixos, para os quais é preferível fazer uso do quadro, como para os ânions permanganato (MnO4–), hipoclorito (ClO –) e peróxido (O22–). Nossa intenção, neste momento, é que você comece a se familiarizar com os nomes dos ânions: para isso, habitue-se a consultar sempre o quadro de ânions. Nome dos ácidos: ácido + nome do ânion sem sufixo + sufixo do ácido

Ânion

Sufixo para o ânion

Sufixo para o ácido

Nome do ácido

cloreto (Cl– )

eto

ídrico

ácido clorídrico

sulfato (SO42– )

ato

ico

ácido sulfúrico

nitrito (NO2– )

ito

oso

ácido nitroso

Os sufixos dos nomes de ânions e ácidos estão relacionados à quantidade de oxigênio presente nos mesmos. Os sufixos “eto” e “ídrico” relacionam-se a espécies que não possuem oxigênio. Os sufixos “ato” e “ico” são utilizados para ânions que possuem maiores quantidades de oxigênio em sua composição, enquanto “ito” e “oso” para ânions que possuem menores quantidades de oxigênio.

O ácido muriático (nome comercial) é uma solução de ácido clorídrico que contém impurezas. No rótulo do vinagre está escrito que um dos componentes é ácido acético, substância cujo nome químico é ácido etanoico.

Hely Demutti

O quadro a seguir apresenta alguns exemplos.

287


A nomenclatura das bases é mais fácil ainda: usa-se a expressão “ “hidróxido de” e o nome do cátion. Nome das bases: hidróxido de + nome do cátion SUBSTÂNCIAS INORGÂNICAS

Para diferenciar cátions do mesmo elemento, mas com diferentes cargas, a nomenclatura oficial recomenda informar entre parênteses a carga do cátion em algarismos romanos. A tabela a seguir apresenta símbolos e nomes de alguns cátions mais comuns. Para dar nome, então, a uma base, é necessário apenas saber o nome do cátion e precedê-lo da expressão “hidróxido de”. Veja alguns exemplos. Base formada pelo cátion

Fórmula da base

Nome da base

sódio (Na )

NaOH

hidróxido de sódio

ferro (Fe2+)

Fe(OH)2

hidróxido de ferro (II)

Fe(OH)3

hidróxido de ferro (III)

NH4OH

hidróxido de amônio

+

ferro (Fe ) 3+

amônio (NH ) + 4

Observe que a carga dos cátions são informadas entre parênteses e que o índice que indica o número de hidroxilas (OH –) é o mesmo que indica a quantidade de carga positiva do cátion, já que a hidroxila possui uma carga negativa e a substância deve ter carga nula. Embora não seja oficial, é comum também o uso de sufixos para diferenciar cátions de um mesmo elemento: “ico” e “oso”. Utiliza-se o sufixo “ico” para a menor carga, e “oso” para a maior. Assim, temos: Fe(OH)2 ( hidróxido de ferro (II) ou hidróxido férrico Fe(OH)3 ( hidróxido de ferro (III) ou hidróxido ferroso

Exercícios 1. Qual é a diferença entre substâncias orgânicas e inorgânicas?

2. Diferencie ácidos de bases a partir das suas propriedades químicas.

3. Defina um ácido e uma base a partir da teoria de Arrhenius. 4. Explique as limitações da teoria de Arrhenius. 5. Assinale a alternativa correta: a) Ácido de Arrhenius é qualquer espécie hidrogenada. b) Toda espécie que contém o grupo OH – é base de Arrhenius. c) Os sais em água liberam o íon Na+. d) Base de Arrhenius é qualquer espécie molecular que, em solução aquosa, libera H+. e) Ácido de Arrhenius é qualquer espécie molecular hidrogenada que, em água, ioniza, libertando H+.

6. Escreva a equação de ionização (total) dos “ácidos” a seguir em solução aquosa, nomeando seu respectivo ânion. c) H2SO3 d) H3PO3 a) HCl b) HBrO3

288

FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

7. Equacione a dissociação iônica de: a) KOH

b) Ba(OH)2

c) Al(OH)3

8. (UFSM-RS) Sabe-se que a reação de formação do hidróxido de amônio do detergente, que contém amoníaco, é expressa pela equação: NH3 + H2O # NH+4 + OH–

Fazemos, então, as seguintes afirmativas: I – O produto dessa reação se encontra dissociado. II – A solução tem pH básico. III – De acordo com a teoria de Arrhenius, bases são substâncias que se dissociam em água, produzindo íons OH –. Está(ão) correta(s): a) apenas I. c) apenas III. e) I, II e III. b) apenas II. d) apenas I e II.

9. Escreva o nome dos ácidos abaixo de acordo com os critérios estudados: a) HCl d) HNO2 b) HI e) HNO3 c) H2S f) H2SO4

g) H2SO3 h) HBr i) H2CO3

j) HCN k) HF l) H3PO4


11.

12.

13.

14.

15.

16.

critérios estudados: a) NaOH f) Fe(OH)3 j) Au(OH)3 b) KOH g) Fe(OH)2 k) AuOH c) LiOH h) Ca(OH)2 l) CuOH d) Mg(OH)2 i) Sr(OH)2 m) Cu(OH)2 e) Al(OH)3 Consulte a tabela de cátions e de ânions e dê o nome das seguintes substâncias: h) HNO2 o) Al(OH)3 a) H2S b) H2CO3 i) H3PO4 p) Mg(OH)2 c) Al2(SO4)3 j) HF q) AgOH k) HCl r) CsOH d) H2SO3 l) KOH s) NaOH e) H2SO4 m) LiOH t) Fe(OH)2 f) HBr n) Ca(OH)2 g) HNO3 u) Fe(OH)3 Com o auxílio da tabela de cátions e de ânions, escreva as fórmulas dos seguintes ácidos: f) ácido nitroso. a) ácido fosfórico. g) ácido clorídrico. b) ácido carbônico. h) ácido bromídrico. c) ácido sulfúrico. i) ácido fluorídrico. d) ácido sulfuroso. j) ácido cianídrico. e) ácido nítrico. Com o auxílio da tabela de cátions e de ânions, escreva as fórmulas das seguintes bases: a) hidróxido de potássio. f) hidróxido de césio. g) hidróxido de lítio. b) hidróxido de sódio. h) hidróxido de ferro II. c) hidróxido de cálcio. d) hidróxido de magnésio. i) hidróxido de ferro III. e) hidróxido de alumínio. j) hidróxido de amônio. Os nomes dos ácidos oxigenados que apresentam respectivamente as seguintes fórmulas H3PO4, H2SO4, HNO3 e H2CO3 são: a) ácido fosforoso, ácido sulfúrico, ácido nitroso e ácido nítrico. b) ácido fosfórico, ácido sulfúrico, ácido nitroso e ácido nítrico. c) ácido fosfórico, ácido sulfúrico, ácido nítrico e ácido carbônico. d) ácido fosforoso, ácido sulfúrico, ácido nitroso e ácido carbonoso. e) ácido fosfórico, ácido sulfuroso, ácido nitroso e ácido nítrico. Em relação ao estudo das bases, assinale a alternativa incorreta: a) Os elementos H e O estão sempre presentes. b) Possuem o hidróxido OH – como único ânion. c) Possuem sabor adstringente. d) Sofrem ionização em meio aquoso. e) Sofrem dissociação em meio aquoso. Analise a equação HCO3– + H2O ( H3O+ + CO32–. Nessa reação, o íon HCO3– é classificado como:

a) ácido de Brönsted. b) ácido de Arrhenius. c) base de Arrhenius.

d) base de Brönsted. e) base de Lewis.

17. (Unicamp-SP) Considere as reações representadas pela

equações seguintes: a) H2O + HCl ( H3O+ + Cl– b) H2O + NH3 ( NH4+ + OH – Classifique o comportamento da água, em cada uma das reações, segundo o conceito de ácido-base de Brönsted. Justifique. 18. (UFSM-RS) Observe as equações: I – H3O+ + CN – F HCN + H2O II – NH3 + CO32– F NH2– + HCO3– III – C2H5O – + NH3 F C2H5OH + NH2– De acordo com Brönsted-Lowry, os compostos sublinhados são, respectivamente: a) base – ácido – ácido b) base – base – ácido c) ácido – ácido – base d) ácido – base – ácido e) base – ácido – base 19. (Mack-SP) Aplicando-se o conceito ácido-base de Brönsted-Lowry à reação abaixo equacionada, verifica-se que: HClO4 + H2SO4 F ClO4– + H3SO4+ a) HClO4 e H2SO4 são ácidos. b) H2SO4 e ClO4– são bases. c) H2SO4 é ácido e HClO4 é base. d) ClO4+ é base conjungada do H3SO4+. e) H3SO4+ e H2SO4 são ácidos.

CAPÍTULO

10. Escreva o nome das bases abaixo de acordo com os

1 2 3 4 5 6 7 8

20. (PUC-RJ) Observe a reação abaixo: H2SO4 + HC2H3O2 F HSO4– + H2C2H3O2+. Pode-se afirmar que: a) O HSO4– é o ácido conjugado do H2C2H3O2+. b) O H2C2H3O2+ é o ácido conjugado do H2SO4. c) O H2C2H3O2+ é o ácido conjugado do HC2H3O2. d) O H2SO4 é o ácido conjugado do HC2H3O2. e) O HC2H3O2 é o ácido conjugado do H2C2H3O2+.

21. Com relação às equações abaixo, marque a alternativa correta: I – HNO3 + HF ( H2NO3+ + F– II – H2SO4 + 2NaOH ( Na2SO4 + 2H2O a) A equação I é uma reação ácido-base de Arrhenius. b) A equação II é uma reação ácido-base de Arrhenius. c) Nas equações I e II, o ácido presente é conhecido como ácido sulfúrico. d) A base da reação II é utilizada como antiácido estomacal. e) Apenas a equação I é uma reação ácido-base de Brönsted-Lowry.

289


SUBSTÂNCIAS INORGÂNICAS

22. Com o auxílio da tabela de cátions e ânions, escreva o nome dos seguintes sais: a) NaNO3 d) NaClO g) MgCO3 j) Ca3(PO4)2 b) Na2CO3 e) KClO3 h) MgCl2 c) K2CO3 f) AgBr i) MgSO4 23. Carbonato de cálcio, sulfeto de zinco, bromato de potássio, dicromato de potássio e nitrato de amônio apresentam as seguintes fórmulas, respectivamente: a) CaCO3, ZnS2, KBr, K2Cr2O7 e NH4NO3 b) CaCO3, ZnS, KBrO3, K2Cr2O7 e NH4NO3 c) Ca2CO3, ZnS, KBr, K2Cr2O7 e NH4NO3 d) CaCO3, ZnS, KBrO3, K2CrO7 e NHNO3 e) CaCO3, ZnS2, KBr, K2Cr2O7 e NH4NO3 24. Associe corretamente a fórmula do sal ao seu respectivo nome: a) MgF2 I) cloreto de sódio b) Na2SO3 II) carbonato de potássio c) NaCl III) nitrato de potássio d) K2CO3 IV) cianeto de sódio e) NaCN V) sulfito de sódio f) KNO3 VI) fluoreto de magnésio 25. Em relação ao estudo dos ácidos e das bases, julgue os itens como C (certos) ou E (errados). 1) A fórmula do ácido nítrico é HNO2.

2) As bases ou hidróxidos possuem sabor adstringente característico. 3) O nome correto para o composto que apresenta a fórmula Mg(OH)2 é hidróxido de manganês. 4) As substâncias soda cáustica (NaOH), solução de bateria (H2SO4) e leite de magnésia (Mg(OH)2) são chamadas, respectivamente, de hidróxido de sódio, ácido sulfúrico e hidróxido de magnésio. 5) O ácido utilizado na produção de refrigerantes é o ácido fosfórico, cuja fórmula é H3PO4. 26. Considere as seguintes reações entre um ácido a uma base de Brönsted-Lowry: a) HCl + H2O F H3O+ + Cl– b) HCO3– + HF F H2CO3 + F– Determine o par conjugado em cada caso. 27. Considere a reação abaixo e responda ao que se pede: HCO3– + H2O F H2CO3 + OH – a) Qual é o ácido e a base de Brönsted-Lowry no sentido direto? b) Qual é o ácido e a base de Brönsted-Lowry no sentido inverso? 28. Faça as equações de dissociação das bases. a) Hidróxido de amônio. c) Hidróxido de alumínio. b) Hidróxido plumboso. d) Hidróxido estânico.

7 A NEUTRALIZAÇÃO DE ÁCIDOS

E BASES – SAIS

O

s recursos hídricos necessitam de controle constante dos efluentes industriais e domésticos que recebem. No Brasil, a faixa de pH permitida para os efluentes varia entre 5 e 10, de acordo com a região. Muitas vezes, processos industriais envolvem substâncias como soda cáustica, potassa cáustica, cal, entre outros, gerando efluentes com valores de pH acima de 10. Nesses casos, antes de serem descartados, os efluentes devem passar por processos de correção de pH. Para isso, utiliza-se, normalmente, a adição de ácidos até que se obtenha um pH aceitável. Um processo de neutralização eficiente para os efluentes alcalinos, apresentando baixo custo, segurança e proteção ao ambiente, baseia-se na utilização do dióxido de carbono (CO2). As reações de neutralização de ácidos e bases produzem, em geral, sal e água, como o exemplo da reação de ácido clorídrico com o hidróxido de sódio:

HCl(aq) + NaOH(aq) ( NaCl(aq) + H2O(l) O sal é uma classe de substâncias constituídas por cátions e ânions diferentes da hidroxila. Considerando a teoria de Arrhenius, o sal pode ser definido como: Sal é toda substância que, em água, libera pelo menos um cátion diferente do próton H+ e pelo menos um ânion diferente da hidroxila OH –. Quando se utilizam quantidades proporcionais de ácidos e bases, em termos de H+ e OH –, em uma reação de neutralização, a solução final não apresenta propriedades nem

290


ácido

base

sal

CAPÍTULO

A reação de neutralização de uma solução de ácido clorídrico com uma solução de hidróxido de sódio resultará em uma solução neutra, caso as quantidades de reagentes sejam iguais.

1 2 Hely Demutti

do ácido nem da base, e sim de um sal. Já pensou que interessante: da combinação de duas substâncias corrosivas obter uma solução aquosa de cloreto de sódio? O exemplo clássico de sal é o cloreto de sódio, cuja dissolução em água pode ser representada pela equação: água NaCl(s) ( Na+(aq) + Cl– (aq) A reação de neutralização entre ácido clorídrico e hidróxido de sódio é uma reação típica entre um ácido e uma base de Arrhenius. Nela, íons H+ do ácido ionizado combinam-se com ânions OH – da base, formando moléculas de água. O ânion do ácido formado depois de sua ionização combina-se com o cátion da base formando um sal, que estará dissolvido na água. Veja a equação a seguir. HCl + NaOH ( NaCl + H2O

3 4 5 6

água

O sal é também definido como uma substância resultante da neutralização de ácidos por bases.

7 8

REAÇÃO GENÉRICA ENTRE ÁCIDO E BASE Genericamente, dizemos que a reação entre um ácido (HA) e uma base (BOH) produz sal (AB) mais água. Essa reação genérica pode ser representada pela equação:

xB(OH)y + yHxA ( BxAy + x · yH2 em que B é o cátion da base, A é(são) o(s) outro(s) átomo(s) do ácido e x antes de B(OH) e y antes de HA são os coeficientes estequiométricos que indicam a quantidade de constituintes da base e de ácido respectivamente que reagem. Observe que a quantidade de átomos dos reagentes deve ser igual à quantidade de átomos dos produtos. y+

A fórmula geral dos sais pode ser simplificada: B x

x–

A y ou seja: BxAy

Os sais são sólidos e muitos apresentam sabor salgado. Mas não tente comprovar esta última afirmação porque, embora alguns sejam usados na alimentação humana e de animais, muitos são extremamente tóxicos. Eles têm aplicações variadas na sociedade. Alguns sais têm a propriedade de se cristalizarem com moléculas de água na sua estrutura. Como o sulfato de cobre penta-hidratado (CuSO4 ⋅ 5H2O). Esses sais são denominados hidratados. Em alguns sais esse processo de absorção de água é tão grande que absorve água da umidade do ar. Esse sal é chamado sal higroscópico. Como exemplo, temos o sal usado para temperar a carne de churrasco.

Entretanto, existem ácidos que podem gerar mais de um próton e bases que podem gerar mais de uma hidroxila. Nesses casos, as reações de neutralização podem ser completas ou não. Vejamos o caso do ácido sulfúrico (H2SO4), que pode reagir com hidróxido de sódio em diferentes proporções, de acordo com as equações: H2SO4(aq) + 2NaOH(aq) ( Na2SO4(aq) + 2H2O(l) H2SO4(aq) + NaOH(aq) ( NaHSO4(aq) + H2O(l) No primeiro caso, a quantidade de base foi suficiente para neutralizar totalmente o ácido. No segundo, a quantidade de base neutralizou somente um dos átomos de hidrogênio do ácido sulfúrico, obtendo-se um sal que ainda possui hidrogênio ácido, o hidrogênio sulfato de sódio (NaHSO4). Situação similar acontece com bases como o hidróxido de cálcio (CaOH2):

O cheiro característico de peixe é provocado por substâncias orgânicas do grupo aminas que possuem caráter básico. Esse cheiro pode ser abrandado, neutralizando essas substâncias com o ácido cítrico contido em limões.

Hely Demutti

Classificação dos sais

Hely Demutti

HCl(aq) + Ca(OH)2(aq) ( CaClOH(aq) + H2O(l) 2HCl(aq) + Ca(OH)2(aq) ( CaCl2(aq) + 2H2O(l)

291


SUBSTÂNCIAS INORGÂNICAS

A reação do hidróxido de cálcio com ácido clorídrico poderá produzir cloreto de cálcio ou hidroxicloreto de cálcio (CaClOH), dependendo da proporção de ácido utilizada. Sais ácidos e sais básicos, quando dissolvidos em água, reagem originando soluções ácidas ou básicas. NaHSO4(aq) ( H+(aq) + Na+(aq) + SO42– (aq) Além desses exemplos, existem sais que não apresentam hidrogênios ionizáveis e são sais ácidos, da mesma forma como existem sais que não apresentam o ânion hidroxila, mas são sais básicos. Como isso é possível? Vejamos primeiro o caso do sal acetato de sódio (NaCH3COO), cuja dissolução pode ser representada pela equação: NaCH3COO(s) ( Na+(aq) + CH3COO – (aq) água

O ânion acetato reage com a água de acordo com a equação: CH3COO – (aq) + H2O(l) ( HCH3COO(aq) + OH– (aq) A formação da hidroxila torna a solução básica. Por isso, dizemos que o ânion acetato forma sais básicos. Vamos considerar agora o caso do sal cloreto de amônio (NH4Cl), cuja dissolução pode ser representada pela equação: NH4Cl(s) ( NH4+(aq) + Cl– (aq) água

O cátion amônio reage com a água de acordo com a equação: NH4+(aq) + H2O(l) ( NH4OH(aq) + H3O +(aq) A formação do íon hidrônio torna a solução ácida. Por isso, dizemos que o cátion amônio forma sais ácidos. Alguns ânions possuem a propriedade de reagir com a água e formar bases ou ácidos. Como exemplo, pode-se citar o ânion bicarbonato (HCO3–), que reage segundo as equações abaixo: HCO3– (aq) + H2O(l) ( H2CO3(aq) + OH– (aq) HCO3– (aq) ( CO32– (aq) + H +(aq) água

Em todos os casos exemplificados, as reações acontecem simultaneamente, mas uma em maior intensidade que a outra na maioria das vezes. Os processos de neutralização entre ácidos e bases são muito comuns, principalmente em sistemas biológicos. O nosso sangue, por exemplo, deve ter pH próximo de 7 (neutro); para isso, há uma série de reações no plasma sanguíneo para manter o pH nessa faixa. A azia, que nos dá uma sensação de “queimação” no estômago, provocada por excesso de alimentação, estresse ou outros motivos, nada mais é do que um excesso de ácido clorídrico no estômago. Isso acontece porque a acidez do suco gástrico fica tão alta que chegamos a sentir a corrosão e irritação nas paredes do esôfago e do estômago. Para combater a azia, é necessário neutralizar esse excesso de ácido com uma base. Assim, bases como os hidróxido de alumínio e de magnésio são encontrados nas farmácias em diversos produtos que contêm em sua fórmula um antiácido. Ao tomarmos antiácidos, vamos provocar uma reação de neutralização do ácido clorídrico no nosso estômago, da seguinte forma: 3HCl(aq) + Al(OH)3(aq) ( AlCl3(aq) + 3H2O(l) 2HCl(aq) + Mg(OH)2(aq) ( MgCl2(aq) + 2H2O(l) Se tomarmos em quantidade certa, não sobrarão nem ácido nem base, somente sais. Aprendeu? Muito bem! Mas não se considere suficientemente seguro a ponto de se automedicar. Caso venha a sentir os sintomas acima descritos, procure um médico.

292


CAPÍTULO

Assim, os sais podem ser classificados conforme algumas características: CLASSIFICAÇÃO

CARACTERÍSTICAS

Sais neutros

São aqueles que, quando dissolvidos em água, não alteram seu pH. Exemplo: NaCl.

1

São geralmente oriundos de base fraca e, quando dissolvidos em água, reagem fazendo com que o pH da solução fique menor do que 7. Exemplo: NH4Cl. São geralmente oriundos de ácidos fracos e, quando dissolvidos em água, reagem fazendo com que o pH da solução fique maior do que 7. Exemplo: CH3COONa (acetato de sódio).

Sais ácidos Sais básicos

2 3 4

Nomenclatura de sais

5

De modo geral, a nomenclatura dos sais é dada por:

6 7

Nome dos sais: nome do ânion + de + nome do cátion

8

Coloca-se o nome do ânion acompanhado do nome do cátion com um “de” entre eles. Na formulação dos sais não se pode esquecer de balancear as cargas. Exemplos: a) Sal formado pelo ânion cloreto (Cl –) e pelo cátion ferro III (Fe3+): FeCl3: cloreto de ferro (III) b) Sal formado pelo ânion sulfato (SO42–) e pelo cátion sódio (Na+): Na2SO4: sulfato de sódio c) Sal formado pelo ânion nitrito (NO2–) e pelo cátion zinco (Zn2+): Zn(NO2)2: nitrito de zinco Não se preocupe em decorar os nomes. Entendendo as regras, com o tempo você acabará guardando os nomes mais comuns. Os outros? Quando precisar, consulte as tabelas de cátions e ânions.

Cloreto de sódio: o sal nosso de cada dia Se tivéssemos de escolher um típico representante das substâncias iônicas, esse seria o cloreto de sódio. Estudando suas propriedades, é possível saber como são, na maioria, as substâncias iônicas existentes na Terra. PROPRIEDADES DO CLORETO DE SÓDIO Propriedade Valor

Solubilidade em água

801 °C 1413 °C 2,17 g/mL 35,82 g (20 °C) 39,8 g (100 °C)

O cloreto de sódio é uma substância essencial à alimentação humana e indispensável a todos os tipos de vida animal. Registros de sua utilização são encontrados em escritos e pinturas que datam do início da civilização humana. Os antigos egípcios, por volta de 4 000 a.C., já usavam o sal para conservar carnes. Nas sociedades grega e romana, o sal era tão valioso que servia como moeda nas operações comerciais. Não por acaso, a palavra “salário” deriva de "sal", em latim: ele era dado aos soldados romanos como parte do pagamento.

Hely Demutti

Temperatura de fusão Temperatura de ebulição Densidade

O sal de cozinha consiste em uma mistura de diversos sais encontrados na água do mar. Entre eles está em maior quantidade o cloreto de sódio.

293


Werner Rudhart/kino

SUBSTÂNCIAS INORGÂNICAS

Em salinas, como a de Mossoró (RN), o sal é obtido pela evaporação da água do mar.

O nosso sal de cozinha é constituído basicamente de cloreto de sódio. A quantidade desse sal no planeta é imensa. O consumo anual é de cerca de 150 milhões de toneladas. Além de ser bastante usado como condimento, é também uma das principais matérias-primas da indústria química. A partir dele são produzidas diversas substâncias, como o gás cloro, o hidróxido de sódio, o sódio metálico, o carbonato de sódio, entre outros. O cloreto de sódio, como outras substâncias, é encontrado na natureza associado com outros sais de cálcio, magnésio, potássio ou ferro. Ele é obtido comercialmente de três formas: 1. Sal marinho: extraído da água do mar por evaporação, em salinas. 2. Sal-gema: obtido pela exploração de jazidas do mineral halita. 3. Sais mistos: obtidos de depósitos, onde se encontram misturados a outros minerais. No Brasil, utiliza-se quase exclusivamente o sal marinho obtido em salinas. Na maioria delas, faz-se a extração do produto empregando-se processos manuais com rendimento muito baixo e custo operacional elevado. Assim como o cloreto de sódio, diversos outros sais têm inúmeras aplicações, como pode ser visto no quadro a seguir.

Fotos: Hely Demutti

Exemplos de aplicação de alguns sais comuns Hidróxido de cálcio [Ca(OH)2]

Utilizado em alguns fermentos químicos com a função de produzir gás carbônico (CO2), fazendo o alimento crescer. Bastante empregado como antiácido estomacal. Em alguns extintores, é componente de espuma para o combate de incêndios. Fluoreto de sódio (NaF)

Componente de vários cremes dentais e colutórios (enxaguadores bucais), pois tem a propriedade de inibir a perda de minerais dos dentes, tornando-os mais resistentes às bactérias causadoras de cáries. Carbonato de cálcio (CaCO3)

Usado na fabricação de cimento, vidro comum, pastas de dentes (age como abrasivo) etc. Excelente fertilizante por auxiliar a acelerar o crescimento de plantas e, junto à cal, diminuir a acidez do solo.

294

Nitrato de potássio – salitre (KNO3)

Empregado como conservante na fabricação de carnes embutidas (presunto, mortadela, salame etc.) para preservar as características do alimento e a sua cor original. Usado na composição de fertilizantes por ser prontamente assimilado pelas plantas. Sulfato de magnésio (MgSO4)

Hipoclorito de sódio (NaClO)

Usado na fabricação de sabões, tintas etc. Empregado como laxante, conhecido como sal-amargo ou sal de Epsom.

Utilizado para o branqueamento de produtos têxteis e papéis e no tratamento da água, por ser antisséptico e eliminador de gostos e odores indesejáveis.

Fosfato de cálcio [Ca3(PO4)2]

Aplicado na agricultura como fertilizante por fornecer fósforo aos vegetais. Faz parte da composição química dos ossos, cerca de 60% em peso.


Carbonato de sódio (Na2CO3)

Bastante empregado na fabricação de giz escolar. Como gesso, pode ser utilizado em paredes, em forros de teto, na construção civil, ou para engessar partes do corpo fraturadas.

Grande aplicabilidade na produção de vidro comum, na fabricação de sabões e detergentes, remédios, corantes, celulose e papel. Utilizado no tratamento de água de piscina e na limpeza em geral.

Nitrato de amônio (NH4NO3)

Muito utilizado na fabricação de fertilizantes e de fácil absorção pelas plantas.

Fotos: Hely Demutti

Sulfato de cálcio (CaSO4)

3 4 5 6 7 8 Hely Demutti

Titulação

Catherine A. Scotton

Em uma titulação, é fundamental que o volume da solução de concentração conhecida seja medido com precisão por meio de pipetas. Hely Demutti

Para os químicos, é fundamental a determinação precisa de quantidades e concentrações de substâncias. Uma das técnicas utilizadas para isso é a titulação, processo no qual determina-se a concentração de uma substância a partir da medida da quantidade de uma substância necessária para reagir estequiometricamente com a substância em análise. Isso é feito controlando-se a adição de uma solução de concentração conhecida à substância que se deseja quantificar até que a reação termine completamente. A titulação é comumente utilizada na determinação da concentração de soluções aquosas de ácidos e de bases, processo denominado titulometria (ou volumetria) ácido-base (ou de neutralização). Nesse processo, determina-se a concentração de uma solução ácida ou básica desconhecida por meio de uma reação de neutralização com uma solução cuja concentração é precisamente conhecida, a qual é denominada solução-padrão. Na titulação ácido-base, mede-se a quantidade de solução-padrão gasta para neutralizar totalmente determinado volume conhecido de uma solução cuja concentração é desconhecida. Para se determinar o fim da reação, utilizam-se indicadores ácido-base.

Erlenmeyer

1 2

Fonte: SHEREVE, R. N.; BRINK, J. A. Indústria de processos químicos. 4. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 1980.

Bureta

CAPÍTULO

Exemplos de aplicação de alguns sais comuns

Suporte universal

O químico desenvolve a habilidade de, durante uma titulação, segurar e agitar o erlenmeyer com a mão direita, enquanto controla a torneira da proveta com a mão esquerda e observa a reação.

295


SUBSTÂNCIAS INORGÂNICAS

Conhecendo-se a quantidade de solução-padrão que foi usada para neutralizar a solução titulada, é possível determinar a quantidade de matéria de íons H+ ou de íons OH – adicionados. Como a quantidade de íons H+ é igual à quantidade de íons OH –, pode-se determinar a concentração da solução desconhecida. Procedimentos semelhantes, usando o mesmo princípio, são utilizados para outros tipos de reações químicas, em métodos analíticos denominados volumetria de precipitação, volumetria de complexação e volumetria de oxirredução.

Dureza da água Pense

Andre Seale/Pulsar Imagens

O que é água dura?

296

Existe uma variedade muito grande de sais em nosso planeta. A solubilidade dos sais favorece sua presença nas águas dos rios, mares, lagos etc. Por isso, a maioria das características das águas depende dos sais nelas dissolvidos. Você já ouviu falar em água dura? A dureza da água é a característica relacionada à presença de algumas espécies iônicas. Ela é normalmente definida em função da concentração de carbonato de cálcio (CaCO3), embora seja provocada também pela presença de íons magnésio (Mg2+) e, em menor proporção, zinco (Zn2+), estrôncio (Sr2+) ou alumínio (Al3+), além do sulfato (SO2– ). 4 O processo hidrológico natural das águas favorece a dissolução de sais minerais que são dissolvidos com a água da chuva e escorrem para os rios e lagos. Por isso, naturalmente todo reservatório de água possui uma quantidade de íons e moléculas oriundos da dissolução de seu leito, da bacia de drenagem, da atmosfera, solo e subsolo etc. Essa dinâmica favorece um balanço de íons que estabelece relação direta das águas com seu ambiente. Águas com dureza elevada normalmente estão presentes em regiões que apresentam solo rico em calcário. Por definição, para saber a quantidade de sais dissolvidos na água medimos a salinidade. Em águas salobras, por exemplo, a salinidade é medida em ppm (partes por milhão); em Certamente, essa beleza águas doces, a unidade é o ppb (partes por bilhão) ou o ppt (partes por trilhão). exuberante e cristalina é Por exemplo: na água do mar, a salinidade é 35 ppt, e na água doce a salinidade é 0,5 resultado do equilíbrio quíppt. A medida da salinidade da água pode variar conforme a época do ano e as condimico entre os diferentes íons existentes nessas águas. ções favoráveis para a evaporação. Ela costuma ser maior no verão, pois o calor favorece a evaporação, e menor no inverno, quando a evaporação é menor. As chuvas também são fatores a serem considerados para medir a salinidade das águas. Quanto à dureza, as águas são classificadas em: muito mole (0 a 70 ppm de CaCO3), mole (70-135 ppm de CaCO3), dureza média (135-200 ppm de CaCO3), dura (200-350 ppm de CaCO3) e muito dura (acima de 350 ppm de CaCO3). A salinidade e a dureza das águas geram problemas para a indústria, na irrigação e em outras aplicações. Sais dissolvidos geram íons pela dissociação. Essa dinâmica favorece muitas reações químicas importantes que ocorrem nas águas e pode qualificar o tipo de organismo que melhor se adapta Rio Olho-d’água, em Bonito (MS), 2009. ao rio ou lago.


CAPÍTULO

A química dos sabões e detergentes: exemplo de sais que limpam

1

Pense

2

Por que os sabões retiram as gorduras?

3

estearina (éster)

hidróxido de sódio (base)

estearato de sódio (sal)

6 7

Nakamasa/Shutterstock

Martyn F. Chillmaid/Science Photo Library/Latinstock

Antes de se ter bons sabonetes, em Roma e na Grécia, utilizava-se o strigil, instrumento de metal usado para raspar o corpo após a aplicação de óleos perfumados.

GLICERINA

Milos Luzanin/Shutterstock

(C17H35COO)3C3H5(s) + 3NaOH(aq) ( 3C17H35COONa(s) + C3H5(OH)3(l)

5

8

Jiang Hongyan/Shutterstock

Os antigos gregos não conheciam o sabão. Limpavam-se com blocos de barro, areia, pedras-pomes ou cinzas e, em seguida, ungiam o corpo com óleo e o raspavam com um instrumento de metal chamado strigil, retirando a sujeira. De acordo com uma antiga lenda romana, o sabão teria sua origem no monte Sapo, onde se sacrificavam animais. Estes eram abatidos e cozidos para que se mantivessem conservados por mais tempo. Então, as chuvas levavam para o barro das margens do rio Tibre uma mistura de sebo animal derretido com as cinzas oriundas da queima das madeiras utilizadas no processo do cozimento. As mulheres descobriram que, usando essa mistura de barro, as roupas ficavam muito mais limpas, com menor esforço. Em 1791, o químico francês Nicolas Leblanc [1742-1806] deu o primeiro grande passo rumo à fabricação comercial de sabão em larga escala, utilizando sal comum para produzir carbonato de sódio, substância que reage com a gordura para fazer o sabão. O primeiro detergente sintético foi produzido em 1890 pelo químico alemão A. Krafft, após observar que pequenas cadeias de moléculas ligadas ao álcool funcionavam como sabão. Em 1916, os químicos alemães H. Gunther e M. Hetzer, motivados pela falta de suprimento de gorduras naturais, devido ao bloqueio dos países aliados na Primeira Guerra Mundial, desenvolveram um produto sintético que substituiu os sabões, além de apresentar várias vantagens em relação a eles, como não reagir com sais e ácidos presentes na água. Nasceu, assim, o Nekal – primeiro detergente comercial. A palavra "detergente" vem do latim, detergere, e significa “limpar”. A partir de 1950, foram produzidos em larga escala detergentes sintéticos, feitos de produtos derivados do petróleo, em substituição às gorduras de origem animal e vegetal que eram usadas na produção do sabão. Os produtos derivados de petróleo e de gorduras são constituídos por cadeias longas de carbono; logo, são substâncias orgânicas. Os detergentes e sabões são substâncias orgânicas classificadas como sais de ácidos carboxílicos. As reações para obtenção de sabão, denominadas de saponificação, ocorrem entre ésteres e bases. As gorduras e os óleos são ésteres. Também conhecidos como glicerídeos, os ésteres reagem com o hidróxido de sódio, formando o sabão e o glicerol, como representado a seguir:

Glyptothek Museum, Munich

4

glicerina (álcool)

A equação anterior representa uma reação simplificada da produção do sabão, pois, na verdade, ela não ocorre diretamente entre o éster e o hidróxido de sódio. Primeiro, o éster sofre uma reação chamada hidrólise, formando o ácido esteárico (substância que apresenta uma longa cadeia e

A reação de saponificação, em síntese, consiste na reação entre gordura e material alcalino, produzindo o sabão e a glicerina.

297


uma carboxila K COOH, grupo funcional de ácido carboxílico) e a glicerina, de acordo com a seguinte equação: (C17H35COO)3C3H5(s) + 3H2O(l) ( 3C17H35COOH(aq) + C3H5(OH)3(l) estearina

água

(éster)

ácido esteárico

glicerina

(ácido)

(álcool)

SUBSTÂNCIAS INORGÂNICAS

Logo após, o ácido graxo reage com o hidróxido de sódio formando o sabão (sal de sódio do ácido carboxílico) e a água. É a chamada reação de neutralização, em que um ácido reage com uma base, formando um sal e a água. Podemos dizer, portanto, que os sabões são sais orgânicos. Observe: 3C17H35COOH(aq) + 3NaOH(aq) ( 3C17H35COONa(aq) + 3H2O(l) ácido esteárico

hidróxido de sódio

estearato de sódio

(ácido carboxílico)

(base)

(sal)

água

Você já lavou pratos engordurados apenas com água? Difícil, não acha? A água é indispensável para uma boa lavagem, mas não consegue, sozinha, remover todo tipo de sujeira. Isso acontece porque as moléculas de água são polares e as de gordura são apolares. Consequentemente, elas não têm afinidade umas com as outras e não conseguem remover toda a gordura. Além disso, a água não penetra facilmente em certos tipos de Os sabões são sais de ácidos carboxílicos em que o hidrogênio do ácitecidos e materiais, dificultando a remoção das sudo foi substituído por um cátion. jeiras. Vejamos como os sabões atuam nesse caso. Nos líquidos, existem forças de interação entre as espécies que os constituem, chamadas forças de coesão. Observe, na representação da água na figura abaixo, que as moléculas do interior do líquido estão sob a ação das moléculas que as rodeiam e, portanto, as forças de coesão se distribuem em todas as direções. No entanto, na superfície do líquido, as moléculas interagem apenas com as moléculas ao seu lado e abaixo. Como resultado dessas forças que estão dirigidas para baixo e para os lados, as moléculas da superfície ficam mais coesas do que as moléculas do interior do líquido, cujas forças de coesão estão distribuídas em todas as direções. Isso é o que chamamos tensão superficial. Sal de ácido carboxílico (sabão)

As bolinhas representam as moléculas de água e as setas, as forças de atração que existem entre elas. As moléculas da superfície do líquido sofrem atração apenas na lateral e na parte inferior, criando uma tensão na superfície. Já na parte interna do líquido, as moléculas são atraídas para todas as direções pelas moléculas vizinhas, tornando praticamente nulas as forças.

298

J. Yuji

Hely Demutti

Ácido carboxílico


CAPÍTULO

Substâncias que diminuem a tensão superficial da água são chamadas agentes tensoativos ou surfactantes (do inglês, surface active agents = surfactants). Diminuir a tensão superficial facilita a limpeza, pois a água passa a penetrar nos locais sujos com maior facilidade. Os agentes surfactantes são formados por moléculas que possuem uma longa cadeia carbônica apolar e um grupo funcional polar em sua extremidade, como o sal estearato de sódio. Essas substâncias, como já comentamos, estão presentes em sabões e detergentes e se misturam com óleos e gorduras, removendo-os.

3

detergente amoníaco

Na

+

Hely Demutti

Além de aumentar o poder de penetração da água, os agentes surfactantes dissolvem as moléculas de substâncias gordurosas, o que não acontece com a água. Vejamos por quê. Primeiro: suas moléculas são constituídas por longas cadeias apolares. Segundo: em uma extremidade da molécula existe um grupo polar. Por isso, uma parte da molécula é hidrofóbica (não apresenta afinidade com a molécula de água e dissolve-se em gorduras e óleos) e outra é hidrofílica (possui afinidade com a molécula de água e dissolve-se em água). Quando se adiciona detergente à água, suas moléculas se distribuem na forma de pequenos glóbulos, denominados micelas. Nas micelas de detergentes, as extremidades polares, hidrofílicas, ficam voltadas para o exterior do glóbulo, mantendo contato com as moléculas de água, e as extremidades apolares, hidrofóbicas, ficam voltadas para o interior do glóbulo. É essa estrutura das micelas que possibilita a remoção das gorduras. No caso, as moléculas de gordura vão ficar aprisionadas nas extremidades hidrofóbicas dos surfactantes, ou seja, na região central das micelas. Removendo as micelas, a sujeira gordurosa vai junto. Outra propriedade dos sabões é a de produzir bolhas. Estas são constituídas por uma fina película de líquido que retém os gases. Essa propriedade, associada aos sabões, faz com que as pessoas pensem que, quanto mais espuma um sabão produzir, melhor será o seu poder de limpeza. Será? Sabe-se que as bolhas têm um papel muito pequeno na remoção das substâncias que provocam a sujeira. No entanto, no caso do sabão, a presença de bolhas é um indicador de que ele está atuando na sua função de limpeza, pois, quando usado em água com elevado teor de sais de cálcio e magnésio, conhecida como água dura, os íons presentes no sabão reagem com esses sais, formando substâncias insolúveis, que se precipitam e não removem a sujeira nem produzem espuma.

4 5 6 7 8

J. Yuji

H3C

Hely Demutti

2 Representações de estruturas químicas de surfactantes. A extremidade iônica é denominada hidrofílica, em virtude de formar ligações intermoleculares com a água. A outra extremidade, hidrofóbica, forma ligações intermoleculares com as gorduras.

sabão

Ao ensaboar uma roupa, diminuímos a tensão superficial da água, facilitando sua penetração nas fibras do tecido. Além disso, nesse processo, o sabão dissolve as substâncias gordurosas associadas à sujeira.

1

Seção transversal de uma micela esférica de detergente envolvendo uma partícula gordurosa que se dissolve nas extremidades hidrofóbicas de suas moléculas.

Como diminuem a tensão superficial da água, os detergentes, quando despejados em rios e lagos, dificultam o deslocamento dos insetos sobre essas superfícies. Esse fato pode causar desequilíbrio ambiental, em razão da redução da população de insetos.

299


SUBSTÂNCIAS INORGÂNICAS

Os surfactantes têm a função de detergência (aquilo que limpa especialmente sujeira de óleo ou graxa).

Os detergentes sintéticos têm a vantagem de não reagir com os sais de cálcio e magnésio, logo os seus agentes surfactantes atuam independentemente da natureza da água. Como alguns detergentes não formam espuma, muitas pessoas pensam que eles não estão limpando. Para evitar essa falsa associação e queda nas vendas, as indústrias adicionam aos detergentes substâncias espumantes, embora os produtos que não produzem espuma sejam removidos mais facilmente na água. Portanto, a capacidade de limpeza de um detergente não depende do seu poder de espumar, mas de sua propriedade de formar micelas estáveis que arrastem com facilidade as moléculas gordurosas impregnadas no material que vai ser limpo. Esse é um dos exemplos das propriedades de produtos industrializados que são realçadas pela indústria para que eles tenham maior aceitação, ainda que tais propriedades nada tenham a ver com o fim a que se destinam. Assim, por exemplo, têm sido adicionadas aos detergentes fragrâncias que até deixam a cozinha com um cheiro mais agradável. O problema é que, às vezes, o produto cheira e espuma bem, mas pouco limpa. Além disso, para conquistar mais fregueses, as indústrias têm desenvolvido fórmulas de detergentes que geram cada vez mais espuma. Como consequência, o excesso de espuma pode prejudicar as engrenagens das máquinas de lavar, aumentando a reposição de peças, além de contribuir para transformar lagos e rios em poluídos depósitos de espumas, causando problemas ambientais. Detergentes são substâncias constituídas por longas cadeias apolares com um grupo funcional polar em uma das extremidades. Se esse grupo apresenta carga positiva, o detergente é catiônico, como é o caso do brometo de dimetiletil-hexadecil-amônio – [H3C[CH2]15N(CH3)2C2H5]+[Br] –. Se a carga é negativa, o detergente é aniônico, como o lauril sulfato de sódio – [Na]+[H3C[CH2]11OSO3] –. Os sabões são um subgrupo dos detergentes. Por isso, todo sabão é detergente, mas nem todo detergente é sabão. Os sabões são sais derivados de ácidos carboxílicos de cadeia carbônica (sequência de átomos de carbono ligados entre si) que contêm de 9 a 17 átomos de carbono, ligados ao grupo carboxílico ( K COOH). Nesse caso, o átomo de hidrogênio ácido (H+) é substituído por íons sódio (Na+), potássio (K+) ou amônio (NH4+), conforme mostra o quadro a seguir.

Paradodecilbenzenossulfonato de sódio C18H29SO3Na

Lev Dolgachov/Shutterstock

Etilenoglicolmonododeciléter C14H30O2

300

As fragrâncias nada mais são do que essências para promover odores agradáveis após a lavagem.

Há detergentes com cheiro de pinho, menta, maçã verde etc.; existem também sabões em pó com alvejante ou amaciante de roupas. Observando os rótulos, você notará que os detergentes comercializados atualmente não possuem apenas a função de limpeza. A eles são adicionadas substâncias que tornam o produto mais atraente ao consumidor. Veja a seguir alguns aditivos.


CAPÍTULO

FUNÇÃO DE ALGUNS INGREDIENTES DOS DETERGENTES Ingredientes

Função

Exemplo Alquibenzenossulfonatos de sódio

Detergência (propriedade de limpar especialmente sujeira de óleo ou graxa).

Enchimentos

Sulfato de sódio (Na2SO4)

Aumentar o volume do detergente para impressionar o consumidor. Atualmente, com a preocupação com o meio ambiente, o seu uso está restrito.

Inibidores de corrosão

Silicatos de sódio (Na2SiO3, Na2Si2O5, Na4SiO4)

Proteger tanto objetos lavados contra a ferrugem como as partes de metal da máquina de lavar roupas.

Enzimas

Lipase, amilase

Remover manchas proteicas, como as de sangue ou de alimentos.

6

Alvejadores

Perboratos, NaCIO

Remover manchas que os detergentes comuns não conseguem eliminar.

7

Carboximetilcelulose (CMC)

Evitar que a sujeira em suspensão (durante a ação do detergente) volte a se depositar nas roupas.

8

Branqueadores ópticos

Tinturas fluorescentes

São substâncias orgânicas que se depositam nas roupas, absorvendo radiações invisíveis da luz ultravioleta oriundas do Sol, dando ao tecido uma tonalidade azul quase imperceptível, que realça a brancura.

Fragrâncias

Essências

Promover um odor agradável após a lavagem.

Agentes colorantes

Anil

Dar um pouco de brilho a roupas brancas, realçando a aparência de limpeza.

Fosfatos

Trifosfato de sódio (Na5P3O10)

Diminuir a acidez e reagir com os cátions Ca2+ e Mg2+ existentes em águas duras.

Bórax

Na2B4O7 · 10H2O

Eliminar odores desagradáveis.

Agentes de suspensão

Hely Demutti

Um detergente importante é o xampu. Na composição dos xampus, existem dois tipos fundamentais de substâncias: detergentes e amidas. As substâncias detergentes retiram a gordura, mas causam um efeito inconveniente: ressecam muito o cabelo. É aí que as amidas – por exemplo, a etanamida (CH3CONH2) – atuam: essas substâncias repõem parte da oleosidade, diminuindo o ressecamento. Diferentes xampus contêm diversas proporções de detergentes e amidas para atender aos vários tipos de cabelos, além de ter em sua composição aditivos que realçam características como brilho e textura. Outro detergente de uso em nossa higiene pessoal é o creme dental, que deve ser usado nas escovações após as refeições. Os cremes dentais têm a função de remover as placas bacterianas, limpar e polir os dentes. Além disso, podem conter substâncias indicadas para prevenir a cárie e o tártaro, ou para clarear os dentes. Uma dessas substâncias é o flúor, que ajuda a prevenir a cárie. Mas cuidado: seu excesso pode causar distúrbios visuais. O bicarbonato de sódio também é bastante utilizado; como é um alcalinizante, neutraliza os ácidos produzidos pela placa bacteriana.

O creme dental é um tipo específico de detergente.

O lauril sulfato de sódio é um surfactante usado em cremes dentais e em xampus.

1 2 3 4 5

Hely Demutti

Surfactantes

Xampu ou shampoo? A palavra shampoo veio da Indonésia e significa "amassar" ou "massagear os cabelos". Os ingleses gostaram e importaram a ideia. Na língua portuguesa a grafia correta é "xampu", apesar de o mundo comercial preferir a grafia inglesa.

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Tema em foco Tema As aplicações da Química na agricultura, como o uso de agrotóxicos e de transgênicos, provocam grandes debates sobre as responsabilidades ambientais e sociais de setores ligados à ciência e tecnologia (C&T). Apesar de toda evolução da aplicação da Química na agricultura, um grande problema continua a ameaçar a população mundial: a fome. Dois terços da população planetária, cerca de 856 milhões de pessoas, segundo estimativas da Organização das Nações Unidas para Agricultura e Alimentação (FAO), continuam sem ter acesso à alimentação básica para seu sustento. Produzimos alimentos em quantidades suficientes para alimentar toda população do planeta, mas a maioria das pessoas ainda continua com fome. O que leva a essa incoerência? A distribuição desigual dos recursos e o elevado desperdício de alimentos nos processos de transporte, armazenamento e vendas são algumas razões. Cerca de 20 a 30% dos A lógica do modelo de desenvolvimento que tem sido adotado é fundamentada no vegetais produzidos no princípio de que o importante é acumular riqueza a fim de desfrutar ao máximo a curBrasil são jogados no lixo. ta passagem de uma existência no planeta. Para isso, muitas indústrias buscam extrair o máximo dos recursos naturais do planeta como se eles fossem inesgotáveis. Assim, com o passar do tempo, o processo produtivo deixou de atender em prioridade às necessidades sociais e passou a atender cada vez mais às demandas de mercado e à geração de lucro. As políticas nacionais e internacionais têm privilegiado o desenvolvimento de um modelo de agricultura com alta especialização, com menor diversidade e uso de maiores quantidades de produtos químicos. Esse modelo estruturado em ricas fazendas especializadas convive ao mesmo tempo com grande número de pessoas vivendo em péssimas condições de saúde e de nutrição. Um grande paradoxo desse modelo está no fato de que as pessoas passam mais fome exatamente no local onde deveriam ser produzidos alimentos: 75% das pessoas que vivem abaixo da linha da pobreza, ou seja, ganham menos de um dóExtremos opostos de lar por dia, vivem nas áreas rurais. vida da população O desenvolvimento tecnológico proporcionou inúmeros avanços à agricultura, conmundial: enquanto altribuindo para modificações na forma como as pessoas vivem, trabalham guns se alimentam muito e lidam com o solo, mas não garantiu a distribuição de alimentos para bem, outros passam fome e vivem subnutridos. todos. Enquanto antes as comunidades locais produziam o alimento para o próprio sustento, hoje muitos vivem de alimentos produzidos por comunidades agrícolas distantes. Essa mudança favoreceu o agronegócio com produção em extensas áreas e concentração do lucro para poucos proprietários, deixando milhões de famílias, que viviam da agricultura, sem condições de continuar com seus pequenos plantios, fato esse que aumentou a desigualdade social. Jehad Nga/The New York Times

Hely Demutti

SUBSTÂNCIAS INORGÂNICAS

AGRICULTURA SUSTENTÁVEL: OPÇÃO INTELIGENTE

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CAPÍTULO 1 2 3 4 5 6 7 8

Programas de incentivo à agricultura familiar têm desenvolvido técnicas que possibilitam a produção de alimentos de boa qualidade sem comprometer a saúde dos agricultores e dos consumidores com o uso de agrotóxicos.

Luiz Cláudio Marigo/Opção Brasil Imagens

É verdade que a capacidade de produção agrícola na atualidade é dependente dos avanços científicos, tecnológicos, da irrigação, da energia e de investimentos financeiros. Por isso, o modo de exploração da terra, bem como a sua distribuição, é tema de interesse nacional, pois dela depende o desenvolvimento e a diminuição da fome no mundo, além da geração de riquezas. Na verdade, é essa dependência que tem provocado no mundo inteiro conflitos vinculados à posse da terra. No Brasil, essa situação se agrava em virtude do modelo fundiário de nossa colonização, que concentrou a propriedade de grandes áreas rurais na mão de poucas pessoas. Hoje, um número grande de agricultores que poderia viver da produção agrícola não possui terra e condições para tal e, então, se desloca para centros urbanos, vivendo em condições sub-humanas. Reforma agrária é, assim, um tema nacional a ser discutido pela nossa sociedade, que tem assistido ao movimento de ocupações de terra, muitas vezes, acompanhado de atos de violência por todos os envolvidos. Além desse problema, outro aflorou na segunda metade do século passado: a degradação do meio ambiente. O cultivo extensivo de monoculturas exigiu o uso indiscriminado de fertilizantes e de agrotóxicos, os quais são responsáveis por grandes alterações no ecossistema, poluindo o solo, contaminando a vida silvestre e a água, além de provocar graves problemas de saúde às pessoas. A agricultura é fonte de desenvolvimento. Reconhecer o valor da natureza e de sua biodiversidade implica buscar o uso sustentável desses recursos. Nesse contexto, é fundamental utilizar técnicas agrícolas que ofereçam manutenção e conservação do solo. A preocupação exagerada com o rendimento financeiro tem provocado práticas agrícolas muito agressivas ao ambiente. Assim, hoje, uma nova consciência precisa ser desenvolvida, a da produção comprometida com o menor impacto ambiental. Agricultura sustentável pode significar uma agricultura que seja socialmente justa, economicamente viável e ecologicamente equilibrada. Por exemplo, pela implementação de sistemas agroflorestais; a adoção do sistema de rodízio de culturas (quando os nutrientes do solo se tornam insuficientes para determinada lavoura, planta-se outra espécie e, assim, diminui-se o uso de fertilizantes); ou a utilização de inseticidas biológicos (espécies de bactérias ou de insetos que combatem insetos nocivos sem prejudicar a planta). Práticas como essas foram incorporadas pela agricultura orgânica. Vejamos a seguir o que é agricultura orgânica e um exemplo de controle natural de pragas com aplicação de conhecimentos químicos.

Agricultura orgânica e agricultura familiar O princípio básico da agricultura orgânica é que o aumento da produtividade agrícola não pode comprometer a saúde e o ambiente. Para isso, essa forma de agricultura utiliza técnicas que visam aproveitar melhor os recursos já disponíveis na propriedade na qual é realizada, modificando o mínimo possível o ambiente. Para isso, faz uso de adubos produzidos com restos de animais e vegetais; utiliza de forma racional os recursos hídricos, sem contaminá-los; articula a produção vegetal e a animal de forma que uma gere insumos para a outra; preserva ao máximo a vegetação natural; faz controle biológico das pragas; não faz uso de agrotóxicos, hormônios e antibióticos. Com base nessas ações, a agricultura orgânica busca melhorar a qualidade dos alimentos sem contaminar produtores e consumidores, respeitando e preservando o ambiente. Apesar dessas vantagens, essa forma de agricultura exige

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SUBSTÂNCIAS INORGÂNICAS

mais tempo e trabalho para produção, além de apresentar menor rendimento no tamanho e na quantidade dos produtos, levando a custos mais altos que os da agricultura convencional. A prática da agricultura orgânica tem aumentado muito no Brasil e tem tido um mercado promissor. Para garantir os seus princípios, têm surgido associações de produtores com a função de orientar, fiscalizar, normatizar e, ao final, certificar a produção. A agricultura orgânica está muito associada à prática da agricultura familiar. A agricultura familiar corresponde à produção agrícola de pequenos e médios produtores rurais. No Brasil, ela corresponde a cerca de 50% da produção, embora utilize somente 20% das terras produtivas, e concentra-se em alimentos básicos da dieta brasileira, tais como feijão (67%), milho (49%), mandioca (84%), leite (54%) hortaliças e pequenos animais. Essa forma de produção tem papel fundamental na existência e economia de pequenas cidades, sendo responsável por empregos e serviços. A melhoria de renda desse segmento por meio de sua maior inserção no mercado tem impacto importante no interior do país e, por consequência, nas grandes metrópoles. Uma das práticas da agricultura orgânica está no emprego de técnicas de sistemas conhecidos como sistemas agroflorestais. Esse sistema emprega técnicas integradas que preservam o ambiente, aproveitando melhor os recursos da propriedade rural, e interferem o mínimo possível no equilíbrio ecológico. Usam-se adubos produzidos por animais e vegetais da propriedade; os recursos hídricos são explorados racionalmente e sem contaminação; a criação de animais e o cultivo da lavoura são conduzidos de forma conjugada com a vegetação natural, preservando-a o máximo possível; o controle de pragas é feito por meio biológico, utilizando-se predadores naturais para combater animais e fungos Um modelo de produção agrícola sustenque atacam a lavoura; não são empregados agrotóxicos, hormônios nem antibióticos. tável deve possibilitar a Essa agricultura difere enormemente da convencional, apresentando as seguintes vanexploração de recursos da tagens: preservação do ambiente; melhora da qualidade nutritiva e do sabor dos alimenfloresta em condições que, tos; não contaminação de agricultores e consumidores com agrotóxicos; aumento da por exemplo, catadores de produtividade a longo prazo, uma vez que, com a agricultura convencional, o solo tende açaí do Pará possam obter

PalÍ Zuppani/Pulsar Imagens

lucros, explorando recursos existentes sem destruir extensas áreas verdes.

304


CAPÍTULO

a se esgotar com o passar do tempo. Entre as desvantagens dessa agricultura, podemos citar: despendem-se mais tempo e trabalho na produção; alguns frutos muitas vezes são menores; e os produtos podem chegar a custar mais do que o dobro dos alimentos produzidos pela agricultura convencional. Na sua cidade existem feiras de pequenos produtores? Eles produzem produtos orgânicos? Para saber se um alimento é orgânico, ou seja, originário da agricultura orgânica, é importante verificar na embalagem do produto o “selo de qualidade” que é dado pelas instituições certificadoras, geralmente ligadas às associações de produtores. Mas atenção! Ao ler o rótulo, observe que não basta estarem impressas as palavras “produto natural”, “produto orgânico”, “ecológico” ou outro adjetivo do gênero. Um dos critérios é verificar a autenticidade do selo de produto orgânico, e outro é buscar informações junto aos vendedores: se conhecem a origem do produto e sabem justificar se de fato o produto é orgânico.

1 2 3 4 5 6

J. Yuji

7

Faixa de plantio de adubo verde

Muda frutífera, madereira e adubadeira

Adubo verde

8

Faixa de plantio para culturas anuais

Bananeiras

Feijão

Guandu

Hely Demutti

Ao contrário das lavouras do agronegócio, na agricultura orgânica há diversificação no ambiente, enquanto no agronegócio há monocultura com desenvolvimento de pragas por falta de predadores naturais, que exigem o emprego intensivo de agrotóxicos.

Principais selos de certificação no Brasil.

Não confunda substância orgânica com produto orgânico. A primeira recebe essa denominação classificatória por apresentar propriedades químicas originárias do átomo de carbono. O segundo é produto originário do reino vegetal cultivado sob circunstâncias específicas sem uso de agrotóxicos, pesticidas, hormônios e outros.

305


SUBSTÂNCIAS INORGÂNICAS

Como selecionar alimentos com menos resíduos de agrotóxicos

Prefira alimentos de tamanho normal, pois os que possuem tamanhos maiores, em geral, foram produzidos com adubação excessiva e uso de reguladores. A boa aparência, muitas vezes, esconde uma grande quantidade de veneno.

Procure comprar preferencialmente frutas e verduras da época, já que para serem produzidas fora de tempo recebem elevada carga de agrotóxicos.

Evite alimentos oriundos de regiões muito distantes, visto que para a sua durabilidade recebem grandes doses de conservantes.

Retire as folhas externas das verduras, pois geralmente concentram mais agrotóxicos.

Lave as verduras, os legumes e as frutas e mergulhe-os em solução de água (1 litro) e vinagre (4 colheres) por 20 minutos para retirar algumas substâncias indesejáveis.

Procure descascar as frutas, uma vez que muitos resíduos dos agrotóxicos concentram-se nas cascas.

Retire a gordura de todas as carnes e também a pele de aves, porque os resíduos de produtos químicos, como agrotóxicos, hormônios e antibióticos, tendem a se concentrar na gordura.

Evite legumes e frutas brilhantes: muitos deles são encerados para aumentar a conservação e a aparência, como tomates, pimentões, maçãs e peras.

Procure reduzir o consumo dos produtos convencionais que mais recebem dosagens de agrotóxicos (pêssegos, maçãs, uvas, figos, goiabas, morangos, peras, papaias, melões, nectarinas e tomates). Tente substituí-los por produtos orgânicos.

Controle biológico: alternativa para os agrotóxicos Diversas alternativas para o controle de insetos na lavoura têm sido desenvolvidas, como: uso de predadores naturais, método chamado controle biológico; esterilização por radiação nuclear; rodízio de culturas; desenvolvimento de novas espécies por engenharia genética (veja polêmica dos transgênicos no capítulo anterior) e controle químico com o uso de feromônios. Feromônios são substâncias secretadas pelos seres vivos que permitem a comunicação com outros indivíduos da mesma espécie. É por meio da secreção dessas substâncias, por exemplo, que as formigas marcam as trilhas; as abelhas avisam a outros membros da colônia que um inimigo se aproxima; muitos insetos localizam os parceiros sexuais na ocasião do acasalamento ou avisam outros indivíduos para atacar ou se reunir em torno de algum alimento. Os químicos têm desenvolvido técnicas de identificação e isolamento dessas substâncias, que podem ser utilizadas na agricultura para confundir os machos, que não encontram as fêmeas, ou em armadilhas que aprisionam milhares de insetos.

306

Ilustrações: Osvaldo Sequetin

Atitude sustentável


Hely Demutti

1 2 3 4 5 6 7 8

Hely Demutti

Segundo relatório da Comissão Mundial do Meio Ambiente da ONU, desenvolvimento sustentável é aquele que atende às necessidades do presente sem comprometer a possibilidade de as gerações futuras também satisfazerem suas necessidades. Esse desenvolvimento implica não só o desenvolvimento econômico, mas também o desenvolvimento humano em todos os seus aspectos: afetivo, social, cultural, nutricional e outros. Pensar nas questões ambientais implica também refletir sobre miséria, justiça social, diversidade cultural. O discurso do desenvolvimento sustentável tem sido empregado muitas vezes pelos meios de divulgação como um instrumento de marketing para vender produtos. Por trás desses discursos pode estar escondida a ideia de adequar o desenvolvimento a uma nova situação, em que se busca garantir a produção por mais tempo. Nesse processo, continua o ímpeto de sempre explorar cada vez mais os recursos do planeta, como se fossem inesgotáveis e como se o desenvolvimento por si só fosse capaz de acabar com a miséria no planeta. Muitos ambientalistas criticam também esse modelo de desenvolvimento sustentável e defendem a necessidade de uma consciência de cidadania planetária, em que os interesses de manutenção da vida no planeta estejam acima dos interesses de mercado, em favor de uma sociedade global em que todos tenham o direito à satisfação das condições mínimas de existência. Em vez de desenvolvimento sustentável, fala-se em sociedades sustentáveis. Para isso, será necessária a adoção de novas políticas que incentivem o uso de técnicas de agricultura ecológica. Nesse sentido, para que a ciência e a tecnologia estejam a serviço dos valores humanos, é preciso pensar em políticas que façam com que o desenvolvimento não aumente as diferenças sociais nem Hoje, é bastante comum encontrarmos nos supermercados ameassem a vida no planeta.

CAPÍTULO

Em busca da sustentabilidade

A armadilha tipo PET consegue aprisionar a broca-do-olho-do-coqueiro, considerada uma das principais pragas dessa planta. O feromônio de agregação “rhyncoporol” é colocado no interior da armadilha com as iscas. Os insetos são atraídos, entram e não saem mais.

produtos orgânicos. Esta foto é de legumes de uma associação de produtores rurais que dispensam insumos agrícolas.

Debata e entenda

FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

1. Debata as causas da miséria no planeta, apesar do aumento da produtividade agrícola. 2. Como você poderia explicar o fato de que, apesar de todo o avanço tecnológico da agricultura, tantas pessoas ainda morrem de fome no mundo?

3. Qual é a importância e as implicações da reforma agrária no Brasil? 4. Comente as vantagens e as desvantagens da produção agrícola familiar e da agroindústria. 5. Debata com os colegas: é possível produzir alimentos para toda a população do planeta só com a agricultura familiar? Será que os pequenos proprietários de terra tendem a desaparecer ou ainda há espaço para eles no sistema econômico?

6. O que é agricultura sustentável? 7. Comente a frase: “Os alimentos orgânicos são originários de práticas agrícolas que dispensam qualquer tipo de adubação”.

8. Debata as vantagens, as desvantagens e a viabilidade da agricultura orgânica. 9. Debata o que significa ter consciência planetária e quais deveriam ser as preocupações de um cidadão como membro do planeta Terra.

307


Fotos: Hely Demutti

SUBSTÂNCIAS INORGÂNICAS

8 ÓXIDOS

Os óxidos iônicos são encontrados em larga escala nos minérios.

Cassiterita (SnO2)

O

solo é formado por um número muito grande de substâncias, entre as quais se destacam os óxidos iônicos, presentes em grandes quantidades nos minérios. Os óxidos são substâncias binárias, ou seja, constituídas por átomos de apenas dois elementos químicos, em que um deles é, obrigatoriamente, o oxigênio. O fluoreto de oxigênio (OF2) é a única substância binária com átomos de oxigênio que não é considerada um óxido. Sendo o oxigênio um não metal, quando seus átomos se combinam com os de metais, há formação de substâncias iônicas. Seus átomos podem também se combinar com os de elementos não metálicos, formando óxidos não iônicos, como o monóxido de carbono (CO) e o dióxido de enxofre (SO2). Enquanto os óxidos metálicos são sólidos, os óxidos dos não metais são gases. Os primeiros são matérias-primas dos metais, e os segundos englobam vários gases poluentes, mas a sua presença na atmosfera é essencial à vida no planeta. A grande diversidade dos óxidos se deve ao poder de combinação dos átomos de oxigênio com átomos de todos os demais elementos químicos.

Hematita (Fe2O3)

Pirolusita (MnO2)

Magnetita (Fe3O4)

Coríndon (Al2O3)

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Tem larga aplicação na construção civil, na purificação de açúcares e na agricultura, sendo usado como fungicida e corretivo de pH do solo.

É empregado na fabricação de pigmentos ocre-vermelhos (uma cor parecida com cor de terra) e como pó para polimento.

Óxido de estanho (SnO2)

É utilizado na fabricação de aço e, combinado com outras substâncias, utilizado como desinfetante, secante e corante de cerâmicas e tijolos.

É empregado na fabricação da folha de flandres e de latas para acondicionar alimentos, em soldas e como pó para polimento.

Ricardo Azoury/Olhar Imagem

Óxido de manganês (MnO2)

Ricardo Azoury/Olhar Imagem

Óxido de ferro III (Fe2O3) Hely Demutti

Óxido de cálcio (CaO)

Hely Demutti

Exemplos de aplicação de alguns óxidos comuns


CAPÍTULO

Em síntese: Óxidos são substâncias binárias nas quais o oxigênio é o elemento mais eletronegativo.

1 2

Fórmula geral do óxido:

3 4

E2Oy, na qual y é a carga do cátion (E ). y+

5 6

Por exemplo: Na2O (Na ) e Al2O3 (Al ). +

3+

7

Sempre que possível, devemos simplificar os índices: Ca2O2 (Ca2+) ou CaO

S2O6 (S6+) ou SO3

8

Classificação dos óxidos A grande diversidade de óxidos evidencia que eles apresentam características diferentes. Temos, por exemplo, óxidos que possuem propriedades ácidas e óxidos que possuem propriedades básicas. Esses óxidos são classificados assim por apresentar propriedades ácido-base. Muitos óxidos são formados por ligações iônicas, enquanto outros são formados por ligações covalentes, como os óxidos gasosos. Os óxidos do tipo iônicos, aqueles que possuem ligações iônicas nas moléculas, são sólidos; trata-se da ligação entre um metal e o oxigênio: é o caso dos minérios. A tabela a seguir apresenta algumas das classificações dos óxidos. CRITÉRIO DE CLASSIFICAÇÃO Quanto às ligações químicas

GRUPOS Iônicos: a combinação de átomos de metais com átomos de oxigênio dá origem a ligações iônicas. Exemplo: ZnO. Moleculares: formados pela combinação de átomos de elementos não metálicos com átomos de oxigênio, dando origem a substâncias moleculares. Exemplo: SO2. Básicos: formados a partir de átomos de metais alcalinos e alcalinos terrosos, quando dissolvidos em água, reagem formando soluções básicas. Exemplo: Li2O.

Quanto às propriedades

Ácidos: óxidos moleculares que reagem com a água produzindo ácidos. Exemplos: CO2, SO3, NO2, Cl2O5. Neutros: óxidos de alguns não metais que não reagem com a água. Exemplo: CO. Peróxidos: óxidos em que o Nox do oxigênio é –1. Exemplo: H2O2. Anfóteros: podem comportar-se como ácidos ou como bases, dependendo do meio. Exemplo: ZnO.

Além de serem fontes de diferentes metais, vários óxidos têm aplicação direta em nosso cotidiano, justificando seu estudo e conhecimento detalhado.

309


A Estátua da Liberdade, em Nova York, é de cobre. Ela não é pintada, a pátina verde que recobre o bronze nada mais é que uma variedade de óxido formado pela reação dessas substâncias com o oxigênio do ar.

A nomenclatura de óxidos é bastante simples. O nome é dado utilizando a seguinte regra: óxido, seguida da preposição de e do nome do elemento químico que está combinado com oxigênio. Nome dos óxidos: óxido de + nome do elemento químico que está combinado com o oxigênio

Exemplos:

Ken/Wikipedia Commons

SUBSTÂNCIAS INORGÂNICAS

Nomenclatura de óxidos

CaO: óxido de cálcio ZnO: óxido de zinco Al2O3: óxido de alumínio

Prefixo

Quantidade de átomos

Prefixo

Quantidade de átomos

mono

1

hepta

7

di

2

octa

8

tri

3

nona

9

tetra

4

deca

10

penta

5

undeca

11

hexa

6

dodeca

12

Para os óxidos moleculares usam-se os prefixos gregos apresentados na tabela acima para indicar o número de cada tipo de átomo presente, inserindo a preposição de e o nome do segundo elemento, sempre indicando com prefixos a quantidade de átomos de cada elemento presente na fórmula. Assim, temos: CO2: dióxido de carbono – porque tem dois átomos de oxigênio N2O5: pentóxido de dinitrogênio – porque tem cinco átomos de oxigênio e dois de nitrogênio.

Exercícios 1. Explique o processo de neutralização ácido-base. 2. Qual é a importância desse processo no tratamento de efluentes das indústrias? 3. Um estudante colocou em um copo água diluída com poucas gotas de um material de limpeza que continha uma solução amoniacal. Em seguida, acrescentou um pouco da solução feita de repolho-roxo no copo, até que o líquido ficasse esverdeado. Logo depois, colocou um canudo dentro do copo e soprou continuamente, até observar a mudança de cor, de verde para azul. Segundos depois, acrescentou um

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FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

pouco de vinagre e a solução ficou rosa. A partir desse fato e de seus conhecimentos, responda aos itens abaixo. a) Explique o fenômeno ocorrido. b) Dê a equação de ionização do ácido carbônico. c) Qual o nome do ácido? 4. O odor desagradável do peixe é principalmente devido a substâncias orgânicas do tipo RNH2, contendo um grupo amina, NH2, onde R é o resto da molécula. As aminas são bases como a amônia. Explique por que o odor diminui se colocarmos sumo de limão sobre o peixe.


1 2 3 4 molécula de sabão

molécula de gordura

5

molécula de água

6

a) O que são micelas? b) Como as micelas atuam na remoção das gorduras?

7

11. A figura abaixo representa o fenômeno da tensão su-

8

perficial da água. J. Yuji

a) Um dos reagentes é o hidróxido de sódio. b) Nessa reação, ocorre a neutralização das propriedades do ácido e da base. c) O nome do ácido utilizado é ácido sulfuroso. d) Ocorre a formação de um sal neutro. e) O sal formado é o sulfato de sódio.

J. Yuji

uma solução aquosa de hidróxido de sódio, ocorre a neutralização total. Escreva a equação que representa essa reação. 6. Equacione a reação de neutralização total entre: a) o ácido carbônico e o hidróxido de sódio. b) o ácido clorídrico e o hidróxido de magnésio. c) o ácido sulfúrico e o hidróxido de potássio. d) o hidróxido de alumínio e o ácido sulfuroso. 7. Analise a equação abaixo e assinale a alternativa errada. H2SO4 + 2NaOH ( Na2SO4 + 2H2O

CAPÍTULO

5. Ao adicionar uma solução aquosa de ácido sulfúrico a

8. (UFPE) Considere o gráfico que representa a variação

e

c

a

b

Assinale os itens corretos: a) O ponto e corresponde ao pH inicial do ácido. b) O ponto c corresponde ao pH de neutralização do HCl pelo NaOH. c) O ponto a corresponde à concentração final do HCl. d) O ponto b corresponde à neutralização parcial do HCl. e) O ponto d corresponde ao pH da mistura com excesso de NaOH.

Explique como os sabões e detergentes diminuem a tensão superficial da água. 12. (UFV-MG-Adaptado) Chama-se titulação a operação na qual se adiciona a solução-padrão, gota a gota, à solução-problema (solução contendo a substância a ser analisada) até o término da reação, evidenciada, por exemplo, com substância indicadora. Numa titulação típica, dita acidimetria, titularam-se 10 mL de uma solução aquosa de HCl, gastando-se um volume de 20 mL de NaOH de concentração igual a 0,1 mol/L, segundo o esquema a seguir. J. Yuji

d

J. Yuji

do pH de uma solução 0,1 M de HCl, quando se adiciona gradualmente uma solução 0,1 M de NaOH.

solução-padrão

9. (Unicamp-SP) A fórmula de um sabão é: No processo de limpeza, uma parte das moléculas do sabão liga-se às gorduras e a outra, à água. Qual parte se liga à gordura e qual se liga à água? Por quê?

10. (UFMG-Adaptado) Os sabões são utilizados, em geral, para remover gorduras. Esse processo envolve a formação de micelas. Nesta figura, está representada uma micela formada em meio aquoso:

solução-problema

Partindo do enunciado e do esquema fornecidos, julgue os itens com C para os certos e E para os errados: 1) Nas soluções usadas, a quantidade de matéria do ácido é diferente da quantidade de matéria da base. 2) O produto da reação não é um sal neutro.

311


SUBSTÂNCIAS INORGÂNICAS

3) Dois equipamentos de laboratório comumente utilizados em titulações são o funil de separação e bureta. 4) Os indicadores ácido-base ao mudar de cor indicam o início da reação. 5) Determina-se a concentração de uma solução ácida ou básica desconhecida, por meio de uma reação de neutralização com uma solução cuja concentração é precisamente conhecida, a qual é denominada solução-padrão.

13. (PUC-SP) Os sabões e detergentes compreendem uma variedade de produtos que usamos no dia a dia com a finalidade de remover a sujeira. Sobre os mesmos, são feitas as afirmações abaixo. Assinale a única incorreta. a) O que caracteriza um sabão ou um detergente é o fato de serem estruturalmente constituídos de grandes grupos hidrocarbônicos, que não têm afinidade com a água (hidrofóbicos), e um ou mais grupos polares que têm afinidade com a água (hidrofílicos). b) Sabões são sais de ácidos carboxílicos de cadeia longa, resultantes principalmente da saponificação das gorduras e óleos. c) Para um detergente ser biodegradável é importante que a cadeia hidrocarbônica seja linear como as que ocorrem nas gorduras naturais e que são totalmente biodegradáveis. d) O grau de formação de espuma tem muito pouco a ver com a eficiência do detergente, pois vários detergentes muito eficientes não espumam em água. e) A principal diferença entre sabões e detergentes é que, em geral, os sabões são sólidos e os detergentes são líquidos.

O permanganato mancha a pele e a roupa (ao reduzir-se para MnO2), sendo necessário, portanto, manuseá-lo com cuidado. As manchas na roupa podem ser retiradas lavando com ácido acético. As manchas na pele desaparecem nas primeiras 24 horas. Qual a fórmula e a que função pertence o permanganato de potássio? a) KMnO4, sal b) KMnO, óxido c) K2MnO4, sal d) KMnO4, óxido e) MnO2, óxido

18. Analise as frases abaixo, identificando a(s) falsa(s): a) b) c) d) e)

Ácidos encontrados em alimentos têm sabor azedo. As bases têm sabor adstringente. Soda cáustica é um exemplo de ácido. Todos os sais têm sabor salgado. Óxidos não são identificados pelo seu sabor.

19. Identifique dentre as substâncias citadas abaixo e assinale a alternativa que apresenta apenas óxidos. a) H2O e H2SO4. b) H2O e NaCl. c) CO2 e H2SO4. d) H2O e NaClO. e) H2O e Na2O.

20. Indique o nome oficial da substância NaClO e onde é encontrada. a) cloreto de sódio, sal de cozinha. b) clorato de sódio, limpa-fornos. c) hipoclorito de sódio, água sanitária. d) clorito de sódio, sabão medicinal.

14. Como se pode diferenciar os óxidos de outras substâncias? 15. (Vunesp-SP) O que são óxidos? Indique a fórmula mí- 21. Identifique as duas equações que formam sal: nima e especifique, quando em cada caso, se o óxido é molecular ou iônico.

16. Os óxidos metálicos encontrados no solo são sólidos iônicos. Indique quais e quantos são os íons presentes nas seguintes substâncias: d) pirolusita (MnO2). a) hematita (Fe2O3). e) cassiterita (SnO2). b) anatásio (TiO2). c) coríndon (Al2O3).

17. O permanganato de potássio é um composto utilizado como agente oxidante em muitas reações químicas em laboratório e na indústria. É usado para tratar algumas enfermidades parasitárias dos pés, no tratamento da água para torná-la potável e como antídodo em casos de envenenamento por fósforo.

312

a) b) c) d) e)

2NaOH + H2SO4 ( Na2SO4 + 2H2O Mg + H2SO4 ( MgSO4 + H2 H2O + CaO ( Ca(OH)2 SO2 + H2O ( H2SO4 2Mg + O2 ( 2MgO

22. Para combater a acidez estomacal causada pelo excesso de ácido clorídrico, costuma-se ingerir um antiácido. Das substâncias abaixo, encontradas no cotidiano das pessoas, a mais indicada para combater a acidez é: a) refrigerante. b) suco de laranja. c) água com limão. d) vinagre. e) leite de magnésia.


tâncias, entre os quais KClO3, Ba(ClO3)2, KClO4, NH4ClO4, KNO3, Ba(NO3)2 e Sr(NO3)2. a) Todas essas substâncias são sais? b) Dê o nome das substâncias KClO3, KClO4, NH4ClO4 e Sr(NO3)2. c) Que ácido e que base você usaria para obter a substância KNO3? d) Que ácido e que base você usaria para obter a substância Ba(NO3)2?

24. Um metal M forma um nitrato de fórmula M(NO3)2. O sulfeto desse metal terá fórmula?

25. Dê a fórmula e a nomenclatura do sal formado pelos seguintes íons: a) Fe3+ e Cl1–. b) Fe3+ e SO42–. c) Fe3+ e PO43–. d) Fe2+ e PO43–.

e) Al3+ e SO42–. f) Cu2+ e NO1– . 3 1– 1+ g) Cu e NO3 .

26. Dados os íons K , Mg , Cr , Br , S , P O , dê a fór+

2+

3+

2–

4– 2 7

mula e a nomenclatura de todos os sais formados.

27. Escreva a equação de neutralização total da reação entre as substâncias H3PO4 e NaOH.

28. O ânion HCO3– é comumente chamado de bicarbonato.

De acordo com essa terminologia, dê a nomenclatura dos seguintes sais: a) NaHCO3. b) Mg(HCO3)2. c) Al(HCO3)3.

29. Escreva a reação de neutralização parcial que irá ocorrer entre as substâncias NaOH e H3PO4, originando NaH2PO4.

30. O sal Ca(OH)Cl é produto da neutralização parcial que ocorre entre quais substâncias? Escreva essa equação.

31. Sabe-se que a dissolução de gás carbônico (CO2) em

água produz uma solução de ácido carbônico (H2CO3). A respeito desse texto, construa uma hipótese para explicar o desaparecimento da cor, que pode ocorrer quando sopramos ar no interior de uma solução de água e sabão, avermelhada pela presença de fenolftaleína.

32. Dê a fórmula dos seguintes óxidos moleculares: a) b) c) d) e)

monóxido de nitrogênio. dióxido de enxofre. monóxido de dinitrogênio. trióxido de enxofre. pentóxido de difósforo.

a) b) c) d)

óxido de cálcio. óxido de sódio. óxido de ferro II. óxido cúprico.

34. (Puccamp-SP) Muitos dizem que, nos grandes centros urbanos, o ar é “visível” devido à poluição por ...(I)... . É propício à formação de “chuva ácida” porque contém... (II)... e ...(III)..., entre outros poluentes, cuja concentração é maior nos períodos em que há... (IV)... . As lacunas I, II, III e IV são corretamente preenchidas por: a) partículas sólidas – CO2 – H2O – efeito estufa. b) CO – NO2 – SO2 – inversão térmica. c) partículas sólidas – CO – NO – efeito estufa. d) partículas sólidas – NO2 – SO2 – inversão térmica. e) NO2 – CO – SO2 – efeito estufa.

CAPÍTULO

23. Fogos de artifício são fabricados com diferentes subs- 33. Dê a fórmula dos seguintes óxidos iônicos:

1 2 3 4 5 6 7 8

35. Para evitar bolor em armários, utilizam-se produtos denominados comercialmente “sais secantes”. Esses sais, como o cloreto de cálcio anidro, CaCl2, são higroscópicos, ou seja, capazes de absorver moléculas de água. Por isso, o frasco contendo esse secante acaba por acumular líquido no fundo, que nada mais é que solução aquosa de cloreto de cálcio. Com o que você já sabe e utilizando, caso necessário, a tabela periódica, julgue os itens a seguir, marcando C para os corretos e E para os errados. 1) O cloreto de cálcio é um sólido iônico. 2) O cloreto de cálcio sólido não é um bom condutor de eletricidade. 3) Para ser usado como “secante de armário”, o sal deve ser higroscópico. 4) No saleiro comum, além do sal cloreto de sódio (NaCl), também se encontram outros sais misturados, como o cloreto de magnésio (MgCl2). Em caso de excesso de umidade, os sais não passam nos orifícios. O cloreto de magnésio também é higroscópico.

36. (Ufes) A poluição atmosférica é facilmente observável numa área urbana industrial, não só pelas nuvens de fumaça e poeira emanadas das chaminés, mas, principalmente, pelos efeitos nocivos ao homem e ao meio ambiente. É mais prejudicial: a) mistura de vapor-d’água e dióxido de carbono. b) nuvens de pó de minério. c) mistura de dióxido de enxofre e vapor-d’água. d) nuvens de vapor-d’água contendo oxigênio. e) nuvens de gás carbônico, nitrogênio e vapor-d’água.

313


SUBSTÂNCIAS INORGÂNICAS

Ácidos e bases A palavra “ácido” vem do latim, acidus, e significa “azedo” ou “picante”. A palavra “álcali” significa “cinzas vegetais” e atualmente é mais conhecida como base. Pode-se determinar se um material é ácido ou básico por meio de indicadores de ácido e base. A 25 °C, materiais que apresentam pH abaixo de 7 são ácidos, enquanto materiais com valores de pH acima de 7 são básicos. b As propriedades de acidez e as de alcalinidade são opostas, ou seja, quanto maior a acidez, menor será a alcalinidade, e vice-versa. b b b b

As teorias de ácidos e bases b Para Arrhenius, ácido é toda substância que em água libera íons hidrogênio (H+) e base é toda substância que em água libera íons hidroxila (OH –). b Segundo a teoria de Brönsted-Lowry, ácidos são espécies que tendem a perder prótons e bases são espécies que tendem a recebê-los. b Para Lewis, ácidos são espécies capazes de receber pares de elétrons e bases são espécies capazes de doar pares de elétrons.

Chuva ácida b A chuva que apresenta valores de pH próximos a 5,2. Chuva com valores de pH inferiores a 4,5 são consideradas ácidas e podem prejudicar a fauna, a flora e os diferentes ecossistemas. b Os principais gases que provocam a chuva ácida são o dióxido de carbono (CO2), o dióxido de enxofre (SO2), o trióxido de enxofre (SO3) e o dióxido de nitrogênio (NO2).

A neutralização de ácidos e bases b As reações de neutralização de ácidos e bases produzem sal e água. b Existem sais que são classificados como sais ácidos e outros como sais básicos. b Os sabões são sais de ácidos carboxílicos que possuem a propriedade de interagir com as gorduras e com a água. A molécula do sabão é constituída de uma parte hidrofóbica (extremidades apolares), que interage com as gorduras e óleos, e a parte hidrofílica (extremidades polares), que interage com as moléculas da água.

Nomenclatura de ácidos e bases b O nome dos ácidos é formado pela palavra ”ácido”, seguida do nome do ânion do qual se retira seu sufixo e acrescenta-se o correspondente sufixo para ácidos. b Para nomear as bases utiliza-se a expressão “hidróxido de” e o nome do cátion.

Óxidos e sais b Óxidos são substâncias formadas por átomos de dois elementos químicos (binária), sendo um deles o oxigênio. b Sais são substâncias formadas pela união de cátions e ânions.

314


Hely Demutti

Todas as provetas têm água (fase superior) e tetraclorometano (fase inferior). À segunda proveta foi adicionado sulfato de cobre (CuSO4, substância iônica) e à terceira adicionou-se bromo (Br2). Enquanto os íons de sulfato de cobre se dissolvem na água, as moléculas de bromo se dissolvem no tetraclorometano (também conhecido como tetracloreto de carbono).

Não adianta lavar a mão suja de graxa com água, que é uma substância polar. O mecânico usa gasolina ou querosene, substâncias apolares, para dissolver a graxa, que também é apolar.

Essa regra da Química é utilizada em situações cotidianas. Alguns dos derivados do petróleo, como querosene, benzina, gasolina e óleo diesel, por serem apolares, misturam-se entre si e dissolvem outras substâncias apolares. Um exemplo comum é o uso do querosene pelos mecânicos de automóveis para remover graxa das mãos. O álcool comum é um solvente polar bastante utilizado no dia a dia. O etanol (álcool comercial – CH3CH2OH) é utilizado, entre outras coisas, para esterilizar objetos. Ele mistura-se com a água em qualquer proporção e dissolve-se bem em gasolina. Por isso, é possível utilizá-lo como combustível misturado à gasolina. Veja que as soluções aquosas são fases da matéria que possuem substâncias iônicas ou moleculares polares dissolvidas em água, enquanto soluções lipídicas são fases em que se encontram substâncias moleculares apolares dissolvidas em óleos ou gorduras. A compreensão da relação entre a solubilidade das substâncias e a polaridade de suas moléculas está relacionada com o estudo das forças intermoleculares apresentado a seguir.

2 FORÇAS INTERMOLECULARES

A

gora podemos entender a natureza das forças que existem entre as moléculas nas fases sólida, líquida e gasosa e que explicam propriedades como a interação e solubilidade de substâncias moleculares. Apesar de as moléculas serem constituídas por átomos neutros, que não perdem nem ganham elétrons, vimos que em muitas há existência de dipolos elétricos permanentes e, como consequência, ocorrem interações elétricas entre elas. E as moléculas apolares? Como poderíamos explicar a atração entre tais moléculas quando as substâncias estão no estado sólido ou no líquido? Afinal, se não houvesse interações entre as moléculas, tais substâncias só existiriam no estado gasoso, o que não é verdade. As interações entre as moléculas são chamadas interações de Van der Waals, em homenagem ao cientista holandês Johannes D. Van der Waals [1837-1923], autor da formulação matemática que permitiu sua melhor compreensão.

266

Hely Demutti

SUBSTÂNCIAS INORGÂNICAS

Solventes moleculares polares como a água também podem dissolver substâncias iônicas (cloreto de sódio). No caso de substâncias moleculares, deve-se considerar a diferença de polaridade de suas moléculas. Substâncias de baixa polaridade dissolvem melhor outras de baixa polaridade e as muito polares dissolvem melhor outras também muito polares. Substâncias de polaridade média podem ser dissolvidas parcialmente em solventes muito ou pouco polares.


TRANSFORMAÇÕES E PROPRIEDADES DAS SUBSTÊNCIAS

É bom ler

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317


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319

7

6

5

4

3

2

HIDROGÊNIO

LÍTIO

SÓDIO

POTÁSSIO

RUBÍDIO

CÉSIO

(223)

Fr

87

132,9

Cs

55

85,5

Rb

37

39,1

K

19

23,0

Na

11

6,9

Li

3

1,0

H

1

2 8 18 32 18 8 1

2 8 18 18 8 1

2 8 18 8 1

2 8 8 1

2 8 1

2 1

1

4

2

2 8 18 9 2

2 8 9 2

72

91,2

Zr

40

47,9

Ti

22

4

IV B

2 8 18 32 18 8 2

89-103

(222)

Ra Ac-Lr

88

137,3

( ) = No de massa do isótopo mais estável

Massa atômica relativa

Símbolo

2 8 18 32 32 10 2

(262)

Db

105

181,0

Ta

73

92,9

Nb

41

50,9

V

23

5

2 8 18 32 32 11 2

2 8 18 32 11 2

2 8 18 12 1

2 8 11 2

(266)

Sg

106

183,8

W

74

96,0

Mo

42

52,0

Cr

24

6

VI B

2 8 18 18 9 2

140,1

Ce

58 2 8 18 19 9 2

140,9

Pr

59

(227)

Ac

89 2 8 18 32 18 9 2

232,0

Th

90 2 8 18 32 32 11 2

231,0

Pa

91

Série dos Actinídios

138,9

La

57

Série dos Lantanídios

(261)

Rf

104

178,5

2 8 18 32 10 2

2 8 18 10 2

2 8 10 2

VB

2 8 18 32 20 9 2

2 8 18 21 8 2

2 8 18 32 32 12 2

2 8 18 32 12 2

2 8 18 13 1

2 8 13 1

Metais de transição interna

Metais de transição

238,0

U

92

144,2

Nd

60

(264)

Bh

107

186,2

Re

75

(98)

Tc

43

54,9

Mn

25

7

VII B

2 8 18 32 21 9 2

2 8 18 22 8 2

2 8 18 32 32 13 2

2 8 18 32 13 2

2 8 18 13 2

2 8 13 2

Metais representativos alcalinoterrosos

Metais representativos alcalinos

Hidrogênio

Ba La-Lu Hf

57-71

Y

39

45,0

56

2 8 18 18 8 2

21

3

Sc

III B

88,9

2 8 18 8 2

2 8 8 2

2 8 2

2 2

87,6

Sr

38

40,1

Ca

20

24,3

Mg

12

9,0

Be

II A

Número atômico

Grupo

FRÂNCIO

Nome do elemento

BERÍLIO

MAGNÉSIO

CÁLCIO

ESTRÔNCIO

BÁRIO

ESCÂNDIO

ÍTRIO

IA

Distribuição eletrônica

1

(237)

Np

93

(145)

Pm

61

(269)

Hs

108

190,2

Os

76

101,1

Ru

44

55,8

Fe

26

8

2 8 18 32 22 9 2

2 8 18 23 8 2

2 8 18 32 32 14 2

2 8 18 32 14 2

2 8 18 15 1

2 8 14 2

(244)

Pu

94

150,4

Sm

62

(268)

Mt

109

192,2

Ir

77

102,9

Rh

45

58,9

Co

27

9

VIII B

2 8 18 32 24 8 2

2 8 18 24 8 2

2 8 18 32 32 15 2

2 8 18 32 15 2

2 8 18 16 1

2 8 15 2

Gases nobres

(243)

Am

95

152,0

Eu

63

(281)

Ds

110

195,1

Pt

78

106,4

Pd

46

58,7

Ni

28

10

2 8 18 32 25 8 2

2 8 18 25 8 2

2 8 18 32 32 17 1

2 8 18 32 17 1

2 8 18 18

2 8 16 2

29

11

(247)

Cm

96

157,3

Gd

64

(280)

Rg

111

197,0

Au

79

107,9

Ag

47

63,5

Cu

IB

Não metais, halogênios

Outros não metais

Elemento não identificado

Outros metais representativos

Com massas atômicas referidas ao isótopo 12 do carbono (lupac)

LANTÂNIO ACTÍNIO

1

Período

Tabela periódica dos elementos

CÉRIO TÓRIO

RÁDIO

TITÂNIO ZIRCÔNIO HÁFNIO

RUTHERFÓRDIO

VANÁDIO NIÓBIO TÂNTALO DÚBNIO

CRÔMIO MOLIBDÊNIO TUNGSTÊNIO SEABÓRGIO PRASEODÍMIO PROTACTÍNIO

MANGANÊS TECNÉCIO RÊNIO BÓHRIO NEODÍMIO URÂNIO

FERRO RUTÊNIO ÓSMIO HÁSSIO PROMÉCIO NETÚNIO

COBALTO RÓDIO IRÍDIO MEITNÉRIO SAMÁRIO PLUTÔNIO

NÍQUEL PALÁDIO PLATINA DARMSTADTIO EURÓPIO AMERÍCIO

COBRE PRATA OURO ROENTGÊNIO GADOLÍNIO CÚRIO

2 8 18 32 25 9 2

2 8 18 25 9 2

2 8 18 32 32 18 1

2 8 18 32 18 1

2 8 18 18 1

2 8 18 1

(247)

Bk

97

158,9

Tb

65

(285)

Cn

112

200,6

Hg

80

112,4

Cd

48

65,4

Zn

30

12

II B ZINCO CÁDMIO MERCÚRIO COPERNÍCIO TÉRBIO BERQUÉLIO

2 8 18 32 27 8 2

2 8 18 27 8 2

2 8 18 32 32 18 2

2 8 18 32 18 2

2 8 18 18 2

2 8 18 2

(251)

Cf

98

162,5

Dy

66

(284)

Uut

113

204,4

Tl

81

114,8

In

49

69,7

Ga

31

27,0

Al

13

10,8

B

5

13

III A

2 8 18 32 28 8 2

2 8 18 28 8 2

2 8 18 32 32 18 3

2 8 18 32 18 3

2 8 18 18 3

2 8 18 3

2 8 3

2 3

(252)

Es

99

164,9

Ho

67

(289)

Fl

114

207,2

Pb

82

118,7

Sn

50

72,6

Ge

32

28,1

Si

14

12,0

C

6

14

IV A

Zn Sólido Hg Líquido

BORO ALUMÍNIO GÁLIO ÍNDIO TÁLIO UNÚNTRIO DISPRÓSIO CALIFÓRNIO

CARBONO SILÍCIO GERMÂNIO ESTANHO CHUMBO FLERÓVIO HÓLMIO EINSTÊINIO

2 8 18 32 29 8 2

2 8 18 29 8 2

2 8 18 32 32 18 4

2 8 18 32 18 4

2 8 18 18 4

2 8 18 4

2 8 4

2 4

(257)

Fm

100

167,3

Er

68

(288)

Uup

115

209,0

Bi

83

121,8

Sb

51

74,9

As

33

31,0

P

15

14,0

N

7

15

VA

2 8 18 32 30 8 2

2 8 18 30 8 2

2 8 18 32 32 18 5

2 8 18 32 18 5

2 8 18 18 5

2 8 18 5

2 8 5

2 5

(258)

Md

101

168,9

Tm

69

(293)

Lv

116

210

Po

84

127,6

Te

52

79,0

Se

34

32,1

S

16

16,0

O

8

16

VI A

Ne Gás Cf Artificial

NITROGÊNIO FÓSFORO ARSÊNIO ANTIMÔNIO BISMUTO UNUNPÊNTIO ÉRBIO FÉRMIO

OXIGÊNIO ENXOFRE SELÊNIO TELÚRIO POLÔNIO LIVERMÓRIO TÚLIO MENDELÉVIO

2 8 18 32 31 8 2

2 8 18 31 8 2

2 8 18 32 32 18 6

2 8 18 32 18 6

2 8 18 18 6

2 8 18 6

2 8 6

2 6

(259)

No

102

173,0

Yb

70

(294)

Uus

117

(210)

At

85

127,0

I

53

79,9

Br

35

35,5

Cl

17

19,0

F

9

17 VII A FLÚOR CLORO BROMO IODO ASTATO UNUNSÉPTIO ITÉRBIO NOBÉLIO

2 8 18 32 32 8 2

2 8 18 32 8 2

2 8 18 32 32 18 7

2 8 18 32 18 7

2 8 18 18 7

2 8 18 7

2 8 7

2 7

0 HÉLIO NEÔNIO ARGÔNIO CRIPTÔNIO XENÔNIO RADÔNIO

118

(222)

Rn

86

131,3

Xe

54

83,8

Kr

36

39,9

Ar

18

20,2

Ne

10

4,0

He

2

18

(262)

Lr

103

175,0

Lu

71

(294)

Uuo

UNUNÓCTIO LUTÉCIO LAURÊNCIO

2 8 18 32 32 9 2

2 8 18 32 9 2

2 8 18 32 32 18 8

2 8 18 32 18 8

2 8 18 18 8

2 8 18 8

2 8 8

2 8

2


Osvaldo Sequetin

Como alguns dos materiais e reagentes manipulados nos experimentos podem ser potencialmente perigosos, é necessário que o trabalho seja feito com rigor e cuidado, respeitando normas e procedimentos de segurança que, embora possam parecer simples e óbvios, são fundamentais para um resultado produtivo e seguro. Leia com atenção algumas normas básicas de segurança que devem ser respeitadas em qualquer atividade experimental. Ilustrações: Osvaldo Sequetin

TRANSFORMAÇÕES E PROPRIEDADES DAS SUBSTÊNCIAS

Segurança no laboratório

Com coisa séria não se brinca!

Professor, como se faz?

É expressamente proibido brincar durante a realização dos experimentos.

Determinadas operações só devem ser realizadas depois que o professor explicar como proceder. Isso vale principalmente para o aquecimento e o descarte de materiais e para a manipulação de substâncias corrosivas.

A moda no laboratório não muda! Você deve usar guarda-pó (avental ou jaleco), luvas e óculos de proteção. Recomendam-se o uso de calça comprida, sapato fechado e cabelos longos amarrados para trás.

Contribua para o ambiente.

Bancada de laboratório não é estante de livros!

Use pequenas quantidades de materiais para gerar o mínimo de resíduos. Antes de descartá-los, consulte o professor sobre onde destiná-los. Alguns podem ser reaproveitados. Muitos podem causar sérios problemas ambientais.

Deixe sobre a bancada (mesa) somente o material em uso.

Limpeza. Mantenha o local de trabalho sempre limpo.

Laboratório não é lanchonete, muito menos local para fumar!

Será que já terminei?

Não fume, coma ou beba no laboratório, pois pode ocorrer contaminação por substâncias tóxicas.

Antes de se retirar do laboratório, lave as mãos, desligue todos os aparelhos e verifique se não há torneiras (de água ou gás) abertas.

Substâncias de laboratório não são cremes!

E agora?

Evite contato de qualquer substância com a pele, boca e olhos.

Qualquer incidente deve ser comunicado imediatamente ao professor. Ele certamente saberá o que fazer.

Pense antes de fazer!

Dúvida?

Leia atentamente as instruções antes de realizar qualquer atividade, prestando atenção às recomendações. Consulte o rótulo dos reagentes para certificar-se de que está usando a substância correta, na quantidade indicada.

Evite contato direto com o material Tenha muito cuidado, pois o material pode ser irritante ou corrosivo.

320

Pergunte ao professor.

Muito cuidado! Esteja atento aos símbolos de advertência que acompanham os experimentos deste livro.

Cuidado para não se queimar

Material inflamável

Cuidado com este procedimento

Esteja bastante atento se o procedimento envolver algum tipo de aquecimento.

Evite colocar esse material perto de algum lugar com sistema de aquecimento (chama, aquecedor elétrico, entre outros.

Tenha atenção redobrada para evitar algum acidente, como choque elétrico, quebra de vidros, entre outros.

Não desperdice Muitos produtos químicos podem agredir o meio ambiente. Use somente o que for recomendado no roteiro.

Destine corretamente o resíduo Siga as recomendações indicadas para o destino adequado de resíduos, reduzindo o impacto ambiental.


Manual do Professor


A você, professor

“Se nada ficar destas páginas, algo, pelo menos, esperamos que permaneça: nossa confiança no povo. Nossa fé nos homens e na criação de um mundo em que seja menos difícil amar.” Paulo Freire

Mudanças no Ensino Médio vêm ocorrendo desde o final do século passado, mas somente aos poucos elas vão se concretizando na realidade escolar. Propostas de contextualização, abordagem interdisciplinar, formação para o trabalho, formação para a cidadania, entre outras, já estão presentes em documentos legais e textos didáticos há um certo tempo. As provas do Enem e de muitas universidades já têm incorporado há muito tempo questões contextualizadas e interdisciplinares. Essas são mudanças já estão se concretizando, e para alcançá-las se faz necessário um novo livro didático. O presente livro foi produzido com esse propósito. A característica marcante dele está no caráter inovador. Fundamentados em princípios teórico-metodológicos, buscamos unir resultados de pesquisas em ensino de Química a uma proposta curricular que se enquadre às Diretrizes Curriculares Nacionais para o Ensino Médio (DCNEM) e aos Parâmetros e Orientações Curriculares Nacionais para o Ensino Médio (PCNEM e OCNEM). Tivemos a preocupação central de apresentar os conteúdos de Química da forma mais clara possível para os alunos, buscando justificar a origem conceitual. O nosso compromisso é com o aprendizado de conceitos e não com a memorização descontextualizada de termos químicos. Por esse motivo, todo o conteúdo é apresentado por meio de uma contextualização. Acreditamos que, assim, os alunos vão adquirir uma base sólida do conhecimento químico para progredirem em seus estudos. Ao mesmo tempo, estaremos auxiliando no desenvolvimento de sua capacidade argumentativa, cada vez mais requerida nos exames de ingresso no Ensino Superior e nos processos seletivos do mercado de trabalho.


Em consonância com as Diretrizes Curriculares, a contextualização temática de nosso livro possibilitará condições para a formação crítica de nossos alunos sobre o contexto tecnológico de nossa sociedade. Por isso, em todos os livros da coleção são apresentadas as relações entre a Química, as suas tecnologias, a sociedade e o ambiente. A partir dessa contextualização, você poderá desenvolver com seus alunos atitudes positivas para o engajamento no processo de mudança de nossa sociedade, sobretudo aquelas que se tornam desafiadoras em relação às mudanças climáticas que estamos vivenciando na atualidade. Conhecemos a dura realidade do dia a dia da sala de aula, que vivenciamos cotidianamente como você. Provavelmente a sua condição poderá ser mais dificultosa do que a nossa... Isso, de fato, tem sido um grande obstáculo para a implementação de reformas educacionais. Pensando nessa situação, procuramos, na concepção do presente livro, incorporar mudanças compatíveis com a realidade da escola brasileira. A nossa intenção com a edição destas “orientações aos professores” é exatamente apresentar a você formas de desenvolver a sua atividade pedagógica com este livro, que muito vai facilitar o seu árduo trabalho de sala de aula dentro de seu contexto. É assim, colega professor, que o convidamos para um diálogo, no intuito de que, ao trocarmos nossas experiências de sala de aula, possamos ajudá-lo na tarefa de planejamento e execução de suas ações pedagógicas na utilização do livro. Não é nossa intenção apresentar um manual de regras sobre como ensinar Química, mas sim um livro aberto que desperte reflexões. O que queremos é auxiliar você a utilizar o livro didático como ferramenta para a organização de um currículo que atenda às necessidades de seu público, com base na sua experiência profissional e no conhecimento da realidade específica de seus alunos. Esperamos que o seu trabalho pedagógico com o nosso livro seja muito prazeroso com a nova abordagem, auxiliando-o na tarefa educativa de formar cidadãos críticos que participem ativamente na construção de nossa sociedade e que sejam qualificados para ingressar no mercado de trabalho e progredir em seus estudos.

Um forte abraço dos autores


Sumário

1

Formação do professor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Autonomia do professor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Educação, inclusão e diversidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 O processo de avaliação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Atualização do professor e bibliografia recomendada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Encontros de ensino de Química . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Bibliografia recomendada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Bibliografia básica comentada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Bibliografia de Educação, Filosofia da Ciência e Ensino de Ciências e de Química. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2

Orientações teórico-metodológicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 O Ensino Médio e a formação da cidadania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 PCN e orientações curriculares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 Abordagem temática, contextualização e interdisciplinaridade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Construção e mediação do conhecimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 Linguagem da Ciência . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 A visão de Ciência e das interações Ciência-Tecnologia-Sociedade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

MANUAL DO PROFESSOR


3

Como fazer uso da obra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Conteúdo e organização curricular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Seleção de conteúdos da obra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Recursividade e flexibilidade curricular. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 A ordem geral do conteúdo de Química na obra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 Recomendações de conteúdos de Química a serem abordados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 Organização da obra por unidades temáticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 Quadro de temas sociocientíficos e seus temas centrais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 As seções do livro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Tema em foco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Controvérsia científica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Debata e entenda. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Ação e cidadania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 Conceitos químicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 Pense! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 Conceito em destaque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 Química na escola . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 Normas de segurança. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 Química verde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 Análise de dados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 Atividades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 Exercícios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 O que aprendemos neste capítulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 Exercícios de revisão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 Gabaritos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 É bom ler. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 O uso das imagens do livro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50


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Orientações e sugestões metodológicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 Orientações sobre articulação do conteúdo programático. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 Recomendações específicas para desenvolvimento do conteúdo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 Orientações para o desenvolvimento do Tema em foco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 Sugestões de atividades pedagógicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 Trabalhos cooperativos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 Visitas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 Vídeos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 Objetos de aprendizagem no computador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 Portal do professor do MEC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

Sites de pesquisa para aprofundamento de conteúdos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 Sugestões de atividades adicionais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 Referências bibliográficas Complementares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

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Resolução dos exercícios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 Unidade 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 Capítulo 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 Capítulo 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 Capítulo 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 Unidade 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 Capítulo 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 Capítulo 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 Unidade 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 Capítulo 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 Capítulo 7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 Capítulo 8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126


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Formação do professor “Ensinar não é transferir conhecimento, mas criar as possibilidades para a sua própria produção ou a sua construção.” Paulo Freire

Vamos iniciar o nosso diálogo sobre as orientações para o uso de nosso livro didático, refletindo sobre as condições básicas de formação do professor. Entendemos que a profissionalização do magistério implica o processo contínuo de qualificação do professor. Isso ocorre de diversas maneiras, desde cursos presenciais fornecidos pelas secretarias de Educação, instituições de Ensino Superior até cursos a distância. A nossa crença, todavia, é que além da formação qualificada por meio de cursos reconhecidos, a formação do professor também se dá por meio de um processo contínuo de investigação sobre a sua própria prática. Neste primeiro capítulo de orientações vamos destacar alguns pontos essenciais que o professor precisa resgatar em sua formação teórico-prática para construir uma nova prática em sala de aula. Eles se concentram na autonomia do professor, no princípio da inclusão e do respeito à diversidade, e no entendimento do processo avaliativo de uma maneira global. Além de refletirmos sobre esses pontos, vamos apresentar algumas sugestões de possibilidades de atualizações do professor.

Autonomia do professor Uma das tarefas inalienáveis do professor é o planejamento didático. As orientações e os Parâmetros Curriculares Nacionais para o Ensino Médio apresentam propostas para orientar esse planejamento; em geral, as secretarias de Educação estaduais e municipais também elaboram propostas curriculares trazendo listagens de conteúdos que configuram roteiros para o trabalho do professor. Todas essas orientações oficiais, entretanto, não determinam de forma impositiva o que o professor deve ensinar, pois, como previsto nas Diretrizes Nacionais para o Ensino Médio, as escolas dispõem de flexibilidade para elaborar o seu próprio plano pedagógico com base no planejamento de seus professores. É preciso que o professor busque a criatividade e proponha diferentes estratégias didáticas, idealizando maneiras inovadoras de explorar suas aulas. Nenhum sistema de ensino conseguiu ainda substituir a figura do professor na condução do processo didático. A presente obra traz maneiras diferenciadas de tratamento dos textos, como contextualização por meio de temas sociocientíficos, que se referem a aspectos sociais, políticos, econômicos, culturais, históricos, éticos e ambientais, relacionados à Ciência e Tecnologia; de experimentos; de problematização teórica; e de atividades que envolvem cognitivamente os estudantes no aprendizado dos conceitos científicos. Isso foi propositadamente planejado para ilustrar as inúmeras possibilidades que existem para se explorar o conteúdo, pois é a diversidade de opções que fortalece a autonomia do professor.

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Entendemos, de acordo com Paulo Freire, que o trabalho educacional deve ser direcionado com base na realidade e nas necessidades da comunidade escolar. Assim, vez por outra, o que aparece em foco em nossas unidades pode não se aplicar exatamente a um contexto escolar específico. Nesse caso, o ideal é que os textos e as sugestões de atividades sejam apenas o ponto de partida para o professor elaborar outros textos e atividades que abordem os mesmos aspectos e que sejam mais adequados à sua comunidade, de modo a ampliar a compreensão do problema. Em síntese, a proposta central de nosso material didático está no respeito à diversidade de condições dos professores, de forma que ele tenha a liberdade para atuar na condução do processo pedagógico com a maior autonomia possível.

Educação, inclusão e diversidade Em diferentes épocas da história da civilização, pessoas que apresentavam alguma deficiência foram tratadas de diferentes formas. Muitos povos antigos sacrificavam bebês que apresentavam alguma deficiência física ou mental. Na Roma Antiga, era comum jogar nas redes de esgoto crianças que tivessem alguma anomalia. Durante a Idade Média, deficientes que sobreviviam a essa seleção inicial eram abrigados em igrejas, como retrata o livro O Corcunda de Notre Dame. Embora tenham ganhado o direito de viver, até o século XX essas pessoas eram normalmente isoladas do convívio social. Durante o século passado, essa visão começa a mudar e, em 1948, passam a ter direito por meio da Declaração Universal dos Direitos Humanos, que afirma que “Todo ser humano tem direito à educação”. Na década de 1970, nos Estados Unidos da América, avançam ideias e ações sobre a inclusão, devido ao grande número de soldados mutilados na Guerra do Vietnã. O marco brasileiro do início dessa mudança de postura é uma emenda à Constituição brasileira, aprovada em 1978, que afirma: “É assegurada aos deficientes a melhoria de sua condição social e econômica especialmente mediante educação especial e gratuita”. Essas ideias e ações inclusivas muito evoluíram durante as décadas seguintes. A Lei de Diretrizes e Bases, aprovada em 1996, sinaliza que a educação de diferentes portadores de necessidades especiais deve ser realizada, preferencialmente, nas redes públicas de ensino. Em 1998, o MEC aponta a necessidade de que sejam feitas adaptações aos Parâmetros Curriculares Nacionais com o objetivo de desenvolver estratégias para a educação formal de alunos com necessidades educacionais especiais. Por isso, em 2001, são publicadas as Diretrizes Nacionais para a Educação Especial na Educação Básica. De acordo com tais diretrizes, as escolas devem “estabelecer políticas efetivas e adequadas à implantação da educação especial”. Não se sentindo preparado para lidar com essas situações, você pode buscar orientações junto às secretarias de educação ou mesmo junto ao MEC. Entretanto, você poderá desenvolver muitas ações em sua sala de aula que vão favorecer a inclusão de seus alunos. Nessa busca pela inclusão, você, professor de Química, poderá se deparar, entre outras situações, com alunos surdos e alunos com deficiência visual. No caso do aluno surdo, a presente obra já apresenta um diferencial que favorece sua aprendizagem: a riqueza visual. A grande dificuldade desse aluno não é a surdez. Isso ele pode compensar pela leitura labial ou pela utilização da Língua Brasileira de Sinais – Libra. Sua maior dificuldade se dá na apropriação da linguagem. Por isso, além de cuidados práticos, como falar virado para o aluno – permitindo-lhe ler seus lábios –, esse aluno poderá necessitar de esclarecimentos adicionais sobre novos conceitos apresentados na disciplina. Um recurso que muito favorece esse aluno é a utilização de imagens e diagramas. Para o aluno deficiente visual – DV –, o grande problema se dá no fato de a Química ser trabalhada em três diferentes níveis: macroscópico, microscópico e representacional. A primeira dificuldade aparece no nível macroscópico, visto que estudamos fenômenos MANUAL DO PROFESSOR

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que geralmente são percebidos por meio de nossa visão. Entre as maiores evidências da ocorrência de reações químicas estão a mudança de cor, a formação de precipitado e a liberação de gases. Para diminuir tais dificuldades, você pode adaptar atividades, permitindo que seu aluno tenha acesso à transformação por meio de outros sentidos. O nível representacional é outro desafio, visto que a Química utiliza uma linguagem de sinais próprios carregados de significados. Nesse sentido, a Secretaria de Educação Especial do Ministério da Educação (http://portal.mec.gov.br/seesp/) desenvolveu a Grafia Química Braile, que poderá auxiliar em muito o aluno DV. Essas são apenas algumas das recomendações, mas certamente diversos outros tipos de caso de portadores de necessidades especiais podem surgir em sua sala de aula. Lembre-se de que o direito à educação é para todos, portanto, além dos portadores de necessidades especiais, muitos outros grupos, que sistematicamente vêm sendo discriminados em nossa sociedade, necessitam atenção especial para que também tenham acesso à educação de qualidade. Pensar em ensino para cidadania é desenvolver nos alunos valores éticos e é assumir em sala de aula atitude de respeito às diferenças de grupos sociais, quer seja em relação à raça, à etnia, às preferências sexuais, à posição social ou às localidades em que residem. Nesse sentido, você poderá explorar os temas desta obra de forma que sejam incluídos textos que tratem de questões de sua comunidade, como a Química presente em zonas rurais, a Química para comunidades indígenas, a Química na cultura popular etc. Em nossas pesquisas, temos nos preocupado com essas questões e mais especificamente com a educação de deficientes visuais. Colocamo-nos à disposição para auxiliar no que for preciso nesse sentido.

O processo de avaliação Uma proposta pedagógica centrada no desenvolvimento de atitudes e valores, competências e habilidades, por meio de uma vivência ativa do aluno em sala de aula, mediada pelo professor, pressupõe também uma mudança no processo avaliativo. Este, na maioria das escolas, tem se restringido a um processo somativo de verificação do conhecimento assimilado. Esperamos que esse não seja o método exclusivo adotado pelos professores que optarem por este livro. No nosso entendimento, a avaliação deve ultrapassar os limites quantitativos e incorporar quatro dimensões: diagnóstica, processual/contínua, cumulativa e participativa, possibilitando ao professor uma constante revisão de suas aulas, para adequá-las ao ritmo de aprendizagem de seus estudantes. Realizar uma avaliação desse nível, sabemos, não é uma tarefa muito fácil para o professor, em razão da complexidade do processo em contraste com as dificuldades enfrentadas atualmente em relação às condições de trabalho. Por termos sempre em mente essa problemática, a nossa sugestão é que o processo seja desenvolvido de acordo com o contexto escolar, com o sistema adotado pela instituição, com os recursos que o professor tenha à sua disposição e com a própria dinâmica da escola, dos alunos, do currículo etc. Todavia, é fundamental, seja qual for o sistema que o professor adote, que se incorpore aos critérios avaliativos, de alguma forma, o envolvimento do aluno nas diversas atividades de construção do conhecimento. Ao centralizar o processo de ensino e aprendizagem na dinâmica discursiva da aula, com atividades diversificadas, o processo avaliativo passa a requerer mais do que nunca um caráter inclusivo, no sentido de estimular a autoconfiança do aluno e a participação dele. Para isso, o engajamento dos alunos nas atividades precisa ser natural, autônomo e assumido como crescimento pessoal. Os estudantes têm realmente de se sentir sujeitos do processo e não apenas executores de tarefas escolares com o objetivo exclusivo de acumular pontos para a avaliação final. Isso implica o estabelecimento de mecanismos para estimular a inclusão do aluno, ao mesmo tempo desafiando-o a ser participativo, crítico e criativo.

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O ideal é que o estudante seja avaliado não apenas pela entrega de relatórios dos experimentos, das respostas dos exercícios ou da realização de trabalhos escolares sobre os temas abordados, mas também pelo seu engajamento nos debates em sala de aula, pela sua participação nas atividades. Trata-se de uma incumbência talvez trabalhosa para o professor, mas a adoção de instrumentos de autoavaliação de forma participativa da turma, com uma discussão reflexiva e orientada, poderá auxiliar no processo. Finalmente, é importante destacar alguns pontos no que diz respeito a instrumentos avaliativos tais como provas e testes. O aconselhável é selecionar questões que avaliem as competências dos estudantes nos aspectos de análise, interpretação, ponderação e avaliação; isso, sim, é fundamental para o seu entendimento conceitual. O que se busca é desenvolver no estudante a competência de questionar o outro, o mundo e a si mesmo, contribuindo para a formação de um cidadão crítico.

Atualização do professor e bibliografia recomendada A atualização de todo profissional é condição fundamental em todos os ramos. As mudanças em regras e em orientações são constantes e exigem do professor buscar sempre sua atualização. Entendemos que, diante de suas condições de trabalho e do ritmo crescente do conhecimento, o professor não tem como permanecer totalmente atualizado em todos os campos do conhecimento, afinal não somos uma enciclopédia ambulante. O que defendemos é que o professor desenvolva uma atitude de busca constante de novas leituras e de participação de cursos de aperfeiçoamento. É essa atitude que devemos desenvolver em nossos alunos, para que eles compreendam que a participação em nossa sociedade requer o estudo e a leitura constante. Já passamos da época da mem