360 quimica seriado by Editora FTD

Dalton Franco

Química Cotidiano e Transformações

VOLUME 1

PARTE I

Dalton Franco Bacharel em Farmácia e Bioquímica e licenciado em Química. Leciona em vários colégios e cursos pré-vestibulares de Brasília e Goiânia. Trabalha com a criação de softwares educacionais de apoio para professores do Ensino Médio.

Química Cotidiano e Transformações VOLUME 1

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Copyright © Dalton Sebastião Franco, 2017 Diretor editorial Lauri Cericato Gerente editorial Flávia Renata P. A. Fugita Editora Valquiria Baddini Tronolone Editor assistente Tiago Jonas de Almeida Assistente editorial Adriana de Oliveira Pacheco Assessoria Guilherme Zainotti Miguel Fahur Bottino, Lara Vieira Leite, Mônica Huguenin de Araujo Faria, Talita Marcília de Oliveira Silva Gerente de produção editorial Mariana Milani Coordenador de produção editorial Marcelo Henrique Fontes Gerente de arte Ricardo Borges Coordenadora de arte Daniela Máximo Projeto gráfico Casa Paulistana Projeto de capa Casa Paulistana, Daniela Máximo Supervisora de arte Isabel Cristina Corandin Marques Diagramação Dayane Santiago, Débora Jóia, Eduardo Benetorio, Gabriel Basaglia, José Aparecido A. da Silva, Lucas Trevelin, Nadir Fernandes Racheti Tratamento de imagens Eziquiel Racheti Coordenadora de ilustrações e cartografia Márcia Berne Ilustrações Alex Argozino, Paulo César Pereira, Ligia Duque Coordenadora de preparação e revisão Lilian Semenichin Supervisora de preparação e revisão Izabel Cristina Rodrigues Preparação Ana Lúcia Horn, Iraci Miyuki Kischi, Márcia Anjo Revisão Carolina Manley, Cristiane Casseb, Edna Viana, Kátia C. da Silva, Lucila Segóvia, Regina Barrozo, Solange Guerra Supervisora de iconografia e licenciamento de textos Elaine Bueno Iconografia Graciela Araújo Diretor de operações e produção gráfica Reginaldo Soares Damasceno

Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) (Câmara Brasileira do Livro, SP, Brasil) Franco, Dalton 360° química, 1 : cotidiano e transformações / Dalton Franco. – 1. ed. – São Paulo : FTD, 2017. Bibliografia. ISBN: 978-85-96-00924-9 (aluno) ISBN: 978-85-96-00925-6 (professor) 1. Química (Ensino médio) I. Título. 17-01724 CDD-540.7 Índices para catálogo sistemático: 1. Química : Ensino médio 540.7

1 2 3 4 5 6 7 8 9 Envidamos nossos melhores esforços para localizar e indicar adequadamente os créditos dos textos e imagens presentes nesta obra didática. No entanto, colocamo-nos à disposição para avaliação de eventuais irregularidades ou omissões de crédito e consequente correção nas próximas edições. As imagens e os textos constantes nesta obra que, eventualmente, reproduzam algum tipo de material de publicidade ou propaganda, ou a ele façam alusão, são aplicados para fins didáticos e não representam recomendação ou incentivo ao consumo. Reprodução proibida: Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Todos os direitos reservados à EDITORA FTD.

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

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Apresentação Na história da humanidade, a Química sempre se fez presente, proporcionando bem-estar e assegurando meios para

Química

o desenvolvimento de tecnologias de última geração, além de permitir, é claro, o controle de qualidade de vários produtos disponíveis no mercado de consumo direto. Podemos afirmar que nunca se produziram tantos materiais e dispositivos que dependem da Química como atualmente. Praticamente tudo o que nos cerca envolve a Química, desde a tinta que imprimiu estas palavras até os nanotubos usados nos microcomputadores. Por isso, precisamos aplicar com sabedoria os conhecimentos químicos para que todos possam vivenciar o que essa ciência proporciona de melhor. Foi pensando nisso que escrevemos este livro para você, caro aluno. Vivemos um momento de grandes mudanças. Aprender Química é estabelecer vínculos com o meio em que vivemos e entender como essa ciência se desenvolveu ao longo do tempo. A abordagem adotada neste livro evidencia a importância da Química e permitirá que você contribua de forma efetiva com a busca de uma sociedade mais justa e ambientalmente sustentável. Bons estudos!

Capítulo 1

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Física: Ciência e tecnologia

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CAPÍTULO 3

Estudo das transformações químicas

Cada capítulo é introduzido por páginas duplas que recorrem a imagens, textos e questões que estimulam a exploracão de conhecimentos prévios, a reflexão, o levantamento de hipóteses, a realização de pesquisas, entre outros. No final da seção de exercícios complementares, há questões que retomam o tema explorado na abertura.

• • • •

Leis ponderais Modelo científico Teoria atômica de Dalton Fórmulas e equações

BeautifulChemistry.net/SPL/Latinstock

Ao pensar em modernidade, muitas pessoas logo imaginam que estamos fazendo referência aos acontecimentos, instituições e formas de agir presente no Mundo Contemporâneo. De fato, esse termo se transformou em palavra fácil para muitos daqueles que tentam definir em uma única palavra o mundo que vivemos. Contudo, não podemos pensar que esse contexto mais dinâmico e mutante surgiu do nada, que não possua uma historicidade. Entre os séculos XVI e XVIII, um volume extraordinário de transformações estabeleceu uma nova percepção de mundo, que ainda pulsa em nossos tempos. Encurtar distâncias, desvendar a natureza, lançar em mares nunca antes navegados foram apenas uma das poucas realizações que definem esse período histórico. De fato, as percepções do tempo e do espaço, antes tão extensas e progressivas, ganharam uma sensação mais intensa e volátil. [...] Além disso, se hoje tanto se fala em tecnologia e globalização, não podemos refutar a ligação intrínseca entre esses dois fenômenos e a Idade Moderna. O advento das Grandes Navegações, além de contribuir para o acúmulo de capitais na Europa, também foi importante para que a dinâmica de um comércio de natureza intercontinental viesse a acontecer. Com isso, as ações econômicas tomadas em um lugar passariam a repercutir em outras parcelas do planeta. No século XVIII, o espírito investigativo dos cientistas e filósofos iluministas catapultou a busca pelo conhecimento em patamares nunca antes observados. Não por acaso, o desenvolvimento de novas máquinas e instrumentos desenvolveram em território britânico o advento da Revolução Industrial. Em pouco tempo, a mentalidade econômica de empresários, consumidores, operários e patrões fixaram mudanças que são sentidas até nos dias de hoje. Em um primeiro olhar, a Idade Moderna pode parecer um tanto confusa por conta da fluidez dos vários fatos históricos que se afixam e, logo em seguida, se reconfiguram. Apesar disso, dialogando com eventos mais específicos, é possível balizar as medidas que fazem essa ponte entre os tempos contemporâneo e moderno. [...] SOUSA, R. Idade moderna. História do Mundo. Goiás, 2016. Disponível em: <http://historiadomundo.uol.com.br/idade-moderna/>. Acesso em: 5 jan. 2017.

• A expansão marítima europeia contribuiu para um maior contato entre diferentes culturas e civilizações e, consequentemente, a troca de conhecimentos e produtos. As necessidades da época tornaram mais intensa a produção de ferro, cerâmicas, vidros, além de outros materiais. Essas necessidades, aliadas às trocas que ocorreram, elevaram a qualidade dos produtos fabricados a um novo patamar, que passou a ser o exigido neste comércio. Para atender a essas e outras demandas, a Química assumiu um papel eminentemente científico e afastou-se das técnicas medievais alquímicas, que ainda influenciavam os pensadores da época. Essa mudança colaborou para que os químicos realizassem reações dentro de parâmetros controlados e elaborassem hipóteses generalizáveis para outras situações. Em sua opinião, como a economia pode afetar o desenvolvimento de uma ciência? Reação entre zinco e nitrato de chumbo, produzindo nitrato de zinco. Imagem gerada com lente de 100 mm, f 2.8/macro acoplada à câmera fotográfica.

Atividade prática

Contexto histórico

O aço inox O uso da estequiometria vai além das quatro paredes de um laboratório de química. Sua aplicação na indústria é uma das garantias de se obterem produtos com propriedades específicas. Um exemplo disso pode ser visto na história do desenvolvimento da fórmula ideal para o aço inox. Quando se fala em aço, deve-se ter em mente que não estamos falando de um elemento químico, mas sim de uma mistura de elementos. Assim, obter a “receita” ideal de forma que o produto gerado tivesse as propriedades mecânicas e químicas adequadas foi alvo de uma “disputa” entre cientistas ingleses, franceses, poloneses, americanos e suecos. Essa busca levou ao desenvolvimento de um aço especial, resistente à corrosão, denominado aço inox. No ano de 1821, dois cientistas ingleses, James Stoddart e Michael Faraday, e um francês, Pierre Berthier, ao testarem a resistência de uma liga metálica de ferro-crômio, perceberam que esta era mais resistente aos ácidos que o ferro puro. Cinquenta anos depois, em 1872, os ingleses J. E. T. Woods e J. Clark prepararam uma liga de ferro contendo entre 30% e 35% de crômio e 2% de tungstênio e perceberam que a liga formada era resistente à corrosão gerada tanto pela umidade do ar quanto pelo ataque ácido. Apenas três anos depois, um cientista francês, ao trabalhar com diversas composições de ligas de ferro, percebeu que as ligas com menor teor de carbono, abaixo de 0,15%, e com alto teor de crômio apresentavam boa qualidade. Apesar disso, preparar ligas de ferro-crômio com baixo teor de carbono ainda era um grande desafio. Em 1893, o alemão Hans Goldschmidt desenvolveu um processo (a reação termita ou reação de Goldschmidt) que possibilitou a obtenção de crômio sem carbono a partir da oxidação do alumínio e, assim, permitiu um avanço na tecnologia do aço. Depois, os cientistas alemães P. Monnartz e W. Borchers, ao estudarem a resistência à corrosão de algumas ligas, perceberam que a que obteve melhor resultado possuía pelo menos 10,5% de crômio. Um convite feito ao cientista inglês Harry Brearley (1871-1948) por um fabricante de armas acabou promovendo novos avanços nesse campo. Assim, seus estudos foram direcionados à produção de ligas de ferro-crômio. Em seus testes, preparou ligas com diversas quantidades de carbono e de crômio, variando o percentual deste entre 6% e 15%. Um ano após ter iniciado suas pesquisas, em 1913, Brearley anunciou ter desenvolvido um aço com o percentual de 0,24% de carbono e 12,8% de crômio. Esse produto foi denominado por ele de “aço que não enferruja”; posteriormente, um fabricante de talheres o chamou de “aço que não mancha” (na tradução literal do termo em inglês stainless steel, que hoje traduzimos por aço inox). Essa descoberta foi disputada durante 5 anos por cientistas que alegavam também ter desenvolvido o aço inox. Apesar disso, historicamente, a descoberta desse material ainda é atribuída ao cientista Harry Brearley.

• Analisar como a tensão superficial da água é alterada por meio da adição de detergente.

Componentes sólidos recicláveis devem ser descartados adequadamente ou, quando possível, guardados para reutilização no laboratório.

Materiais

Esta seção mostra a construção de determinado(s) conceito(s) e/ou apresenta os cientistas envolvidos no contexto do desenvolvimento da Química.

Luca Lacaz Ruiz/Futura Press

Atenção

Objetivo

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3 recipientes similares água 1 espátula (ou colher de chá) detergente 2 clipes metálicos iguais papel higiênico

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temperos moídos variados hastes flexíveis com pontas de algodão 2 moedas (de preferência de 25 centavos) conta-gotas 1 proveta (ou algum recipiente graduado)

Procedimentos a) Separe dois recipientes com formatos similares e adicione 50 mL de água em cada um. b) Nomeie os recipientes como “Sem detergente” e “Com detergente”. c) Adicione uma colher de chá de detergente ao recipiente nomeado como “Com detergente” e agite vagarosamente para evitar a formação de espuma. d) Utilizando o conta-gotas, goteje água do recipiente “Sem detergente” sobre uma das moedas, até que a água escorra pela lateral. Anote o número de gotas que foram necessárias. e) Repita o procedimento anterior utilizando o líquido do recipiente “Com detergente” e água gotejando-o na outra moeda. Anote o número de gotas que foram necessárias. f) Nos recipientes “Sem detergente” e “Com detergente” coloque, cuidadosamente e ao mesmo tempo, duas tiras de papel higiênico com um clipe metálico sobre cada uma delas. Anote suas observações. clipe g) Preencha o outro recipiente com 50 mL de água e adicione os temperos variados. Anote papel metálico higiênico suas observações. h) Adicione detergente a uma das pontas da haste flexível. i) Mergulhe a ponta sem detergente da haste no centro do recipiente com temperos varia- Esquema do experimento com o clipe metálico. dos e observe. j) Em seguida, inverta a haste e mergulhe a ponta com detergente. Registre suas observações.

Paulo Cesar Pereira

Contexto histórico

Para concluir 1. No detergente há moléculas chamadas surfactantes, que são formadas por uma pequena porção polar e uma grande porção apolar. Observe a representação de uma molécula de dodecilsulfato de sódio, principal componente da maioria dos detergentes: H3C

H2 C

C H2

H2 C

C H2

H2 C

C H2

H2 C

C H2

H2 C

C H2

O C H2

S O

Apolar

O Na

Editoria de arte

Conheça o seu livro

Abertura dos capítulos

Polar

Paulo Cesar Pereira

De maneira simplificada, ela pode ser representada da seguinte forma: O aço inox é utilizado hoje em dia em uma variedade imensa de objetos. As artes plásticas, por exemplo, o empregam na confecção de esculturas, instalações etc. Na imagem, réplica em tamanho natural do avião 14 Bis, feita em aço inox, que está exposta no Parque Santos Dumont em São José dos Campos, SP.

Desenhe, em seu caderno, a interface entre água e ar e utilize seus conhecimentos sobre interações químicas para posicionar as moléculas do detergente nessa interface. Use a representação simplificada da molécula de dodecilsulfato de sódio. Justifique. 2. Com base no desenho que você fez na atividade anterior, explique como o detergente é capaz de reduzir a tensão superficial da água.

Atividades 1. O aço inox levou certo tempo para ser desenvolvido. O que motivou tantas mudanças em sua formulação?

3. Explique o que foi observado quando você adicionou temperos à água. O que ocorreu quando a haste sem detergente e, depois, a haste com detergente entraram em contato com a água?

2. O desenvolvimento do aço inox ocorreu motivado pela indústria de armamentos. Você concorda com essa afirmação? Justifique sua resposta. Capítulo 7

lo 9

Mol e estequiometria

Ligações químicas

191

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Atividade prática Os fenômenos elétricos da matéria Roger Ressmeyer/Corbis/Latinstock

No início do século XIX, os cientistas buscavam respostas para vários fenômenos observados na natureza que não podiam ser explicados com base nos modelos e teorias propostos sobre a composição da matéria, incluindo o modelo atômico de Dalton. Um exemplo desses fenômenos era a eletrização por atrito, observada desde a Antiguidade. Ao provocar atrito entre o âmbar amarelo e materiais como lã, seda ou peles de animais, o filósofo grego Tales de Mileto (c. 624 a.C.-c. 558 a.C.) percebeu que o âmbar adquiria a propriedade de atrair corpos leves, como palha, penas e pedaços de madeira. Em um dia seco, podemos observar o mesmo fenômeno ao atritar um pente de plástico nos cabelos secos e limpos, ou simplesmente ao penteá-los. O mesmo acontece quando aproximamos certos materiais atritados aos pelos de um animal (Figura 1). Outro tópico que intrigava os cientistas era a ocorrência de descargas elétricas, como os raios e choques elétricos. Alguns cientistas sabiam como produzir eletricidade, mas ainda não havia uma explicação para o fenômeno da atração e repulsão entre materiais, nem se compreendia de que maneira ocorria o processo de transmissão da eletricidade por meio de corpos ou de fios metálicos. Esses fenômenos são explicados pela movimentação de partículas eletricamente carregadas. Contudo, essa interpretação só foi possível a partir do fim do século XVIII, com a contribuição dos estudos de diversos cientistas da época, com destaque para a pesquisa sobre a natureza elétrica dos raios do estadunidense Benjamin Franklin (1706-1790), e levou certo tempo para se consolidar como modelo. Diversos experimentos e pesquisas realizados a partir de meados do século XIX deram importantes contribuições para essa consolidação.

Figura 1. Quando atritamos um balão de aniversário em um tecido e o aproximamos dos pelos de um animal, percebemos que eles são atraídos pelo balão.

Descarga elétrica: fluxo repentino de cargas elétricas, que tem origem em materiais carregados eletricamente.

Você sabia?

Anetlanda/Shutterstock.com

De onde vem o âmbar? O âmbar é uma resina fóssil produzida principalmente por uma espécie de pinheiro que existiu há cerca de 30 milhões de anos em regiões de clima temperado. Em razão do aumento da temperatura ambiente e como forma de proteção, essas árvores liberavam uma resina pegajosa que escorria lentamente pelo tronco e pelos ramos aprisionando insetos, folhas, sementes, o que a tornava mais volumosa. Com o passar do tempo, essa resina endurecia e transformava-se no âmbar. Essas formações conservam a sua forma tridimensional, constituindo importante material de estudo de espécies já extintas. O âmbar sempre fascinou a humanidade, desde os tempos mais remotos, por causa da beleza dos seus diferentes matizes dourados. Alguns acreditavam que esse material tinha poderes medicinais e sobrenaturais. Essa resina, quando atritada, se eletriza. Por causa dessa característica, os gregos a chamavam de élektron, termo que originou a palavra eletricidade.

Nesta seção, há atividades práticas, experimentos, por exemplo, que complementam a teoria, auxiliando na aprendizagem.

Você sabia? Este boxe apresenta assuntos adicionais aos temas abordados no capítulo.

A maioria das espécies encontradas fossilizadas no âmbar é de insetos e aracnídeos.

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Capítulo 4

A estrutura do átomo

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Destilação

Volatilidade: propriedade que indica a facilidade com que uma substância passa do estado líquido para o gasoso a determinada pressão e temperatura.

A destilação pode ser de dois tipos: simples ou fracionada. Usa-se a primeira para separar componentes de uma mistura homogênea que possuam temperaturas de ebulição muito diferentes e que não se degradem ao serem aquecidos. Pode ser empregada para separar misturas de substâncias que inicialmente se apresentavam nos estados sólido e líquido – sal de cozinha e água, por exemplo – ou somente no estado líquido – água e etanol, por exemplo. Na destilação simples, a mistura é aquecida, e o vapor formado, cuja composição é diferente da composição do líquido residual, condensa-se no condensador. Se a ebulição ocorrer à temperatura constante, teremos a separação de uma substância (ou de uma mistura azeotrópica); se ocorrer a uma temperatura variável, teremos a separação de uma mistura (que pode ser eutética). O produto obtido, conhecido como destilado, é recolhido em um frasco coletor. A volatilidade tem influência no processo: quanto mais volátil for um dos componentes, mais rápida será a destilação. Na Figura 15, vemos um esquema que mostra como a destilação simples é realizada em laboratório.

balão de fundo redondo: usado para destilação e coleta de líquido destilado em sistemas como o representado nesta figura.

condensador (comum ou de bola): é utilizado em sistemas de destilação para condensar os vapores produzidos.

termômetro

Química em rede Interações intermoleculares e os gostos Quando você morde uma maçã, se ela estiver madura, é instantâneo o gosto doce que vem à boca. Que interações intermoleculares desempenham esse importante papel na percepção do gosto e, portanto, no prazer de comer? As substâncias responsáveis pelo gosto estabelecem interações químicas com os receptores gustatórios localizados nas papilas linguais. Esses receptores são grupos proteicos que, ao interagirem com substâncias específicas presentes na comida, desencadeiam uma série de reações que, por sua vez, resultam em impulsos elétricos. Uma região específica do cérebro os interpreta como gosto. Exemplos dessas substâncias são as moléculas de sacarose, associadas ao gosto doce, o cloreto de sódio, associado ao gosto salgado, e a cafeína, associada ao gosto amargo. As interações entre os receptores gustatórios e as moléculas ou os íons associados ao gosto envolvem, principalmente, as ligações de hidrogênio e as forças

torneira

Paulo Cesar Pereira

saída de água mangueiras pedras de ebulição: suas superfícies irregulares servem para impedir que o líquido entre em ebulição de maneira repentina. mistura manta de aquecimento: usada quando se deseja um aquecimento com distribuição uniforme de calor.

entrada de água fria

erlenmeyer: utilizado para aquecimento de líquidos, dissolução de substâncias e reações entre soluções. Neste caso, tem a função de frasco coletor. Pode-se utilizar também um balão de fundo redondo ou um béquer.

líquido destilado

Sugestão

O processo de separação de componentes de um sistema depende das características desse sistema. No caso das misturas homogêneas formadas por dois ou mais líquidos com temperaturas de ebulição muito próximas, a destilação fracionada é o processo de separação mais indicado. Como na destilação simples, essa separação envolve a vaporização de um líquido por aquecimento, seguida da condensação do vapor. A diferença está na utilização de uma coluna de fracionamento, como se pode ver na Figura 16, na página seguinte. Na coluna de fracionamento, em razão da presença de diversos obstáculos, os processos de evaporação e condensação repetem-se várias vezes. O vapor do componente com menor temperatura de ebulição atinge mais rapidamente o topo da coluna e o condensador, condensando-se e sendo recolhido em um recipiente. Em seguida, o mesmo processo ocorre com o componente com temperatura de ebulição maior, que é recolhido em outro recipiente, e assim sucessivamente (caso o sistema tenha mais de dois componentes).

Química em rede Esta seção é constituída por textos, imagens e atividades que exploram a interdisciplinaridade dos conteúdos abordados.

Capítulo 2

Substâncias, misturas e separação de misturas

Sugestão Neste boxe, há sugestões que complementam e auxiliam a compreensão dos temas tratados. Os ícones indicam o tipo de sugestão:

1. Além dos já conhecidos gostos salgado, doce, azedo e amargo, não muito tempo atrás se descobriu um quinto gosto (recentemente tem havido indícios de que existem outros receptores associados a outros gostos, como o metálico e o de gordura): o umami, termo em japonês que significa “delicioso” ou “saboroso”. Esse gosto é causado pelos compostos glutamato, inosinato e guanilato, que se ligam a um grupo proteico (receptor) específico. Você já experimentou alimentos que tenham o gosto umami? Pesquise e debata com seus colegas que tipo de substância é responsável pelo gosto umami, em que alimentos ele pode ser encontrado e como é utilizado na culinária. 2. Que efeito tem o uso de especiarias como açafrão, canela, baunilha, cominho, cravo, orégano, entre outros, na culinária, já que elas não estão associadas a um gosto específico? Levante hipóteses e discuta-as com seus colegas. 3. Pesquise como os receptores gustatórios estão distribuídos pela boca (se necessário, peça ajuda ao professor de Biologia) e, com base em sua pesquisa, verifique se é correto associar a sensação de determinado sabor a uma região da língua.

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Capítulo 7

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música

vídeo

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CONEXÕES Economia de Átomos Deve-se procurar desenhar metodologias sintéticas que possam maximizar a incorporação de todos os materiais de partida no produto final.

Prevenção

Análise em Tempo Real para a Prevenção da Poluição

Síntese de Produtos Menos Perigosos Sempre que praticável, a síntese de um produto químico deve utilizar e gerar substâncias que possuam pouca ou nenhuma toxicidade à saúde humana e ao ambiente.

Será necessário o desenvolvimento futuro de metodologias analíticas que viabilizem um monitoramento e controle dentro do processo, em tempo real, antes da formação de substâncias nocivas.

Evitar a produção do resíduo é melhor do que tratá-lo ou “limpá-lo” após sua geração.

Química Verde

Desenho de Produtos Seguros Os produtos químicos devem ser desenhados de tal modo que realizem a função desejada e ao mesmo tempo não sejam tóxicos.

Indústria de produtos químicos situada no bairro Cidade Industrial, Curitiba, PR, 2015.

Conexões Esta seção apresenta textos e atividades que visam estimular a pesquisa, a reflexão e o protagonismo do aluno no que se refere aos conteúdos relacionados com meio ambiente, cidadania, tecnologia e sociedade.

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t (ºC)

nos laboratórios acadêmicos. Sua aplicação considera 12 princípios básicos. Por causa desses princípios, a Química Verde tornou-se alvo das atenções dos governos de diversos países, tendo sido um dos temas abordados na Conferência das Nações Unidas sobre Desenvolvimento Sustentável (CNUDS), que ocorreu na cidade do Rio de Janeiro em 2012. Também conhecida como Rio 20, a conferência abordou temas como a Economia Verde, a contribuição da Química Verde para a sustentabilidade, entre outros. Ao final da conferência, foi elaborado um documento com os resultados das discussões e as propostas de ações para os próximos anos, denominado O futuro que queremos (Disponível em: <http:// ftd.li/mnovia>. Acesso em: 20 out. 2016). Capa do relatório da Conferência Rio+20: O futuro que queremos.

Desenho para a Degradação Os produtos químicos precisam ser desenhados de tal modo que, ao final de sua função, se fragmentem em produtos de degradação inócuos e não persistam no ambiente.

Catálise

Nações Unidas do Brasil

A indústria química é, sem dúvida, uma atividade de grande relevância na sociedade. Os produtos oriundos de seus processos podem ser encontrados em diversos ramos de atividade e servem como insumos para outras atividades industriais, tais como as desenvolvidas pelas indústrias farmacêutica, metalúrgica, alimentícia, automobilística, entre outras. Por causa dessa atividade tão intensa, surgiu a necessidade de que os processos da indústria química não causassem impactos ambientais. Com o tempo, iniciou-se uma busca pela minimização da produção de resíduos químicos tóxicos e, mais recentemente, uma busca pelo melhor aproveitamento da matéria-prima utilizada nos processos industriais. Esse movimento, que ultrapassou as fronteiras das indústrias e se estendeu para o debate acadêmico e social, foi denominado de Química Sustentável ou Química Verde. A Química Verde desenvolveu-se por meio de estudos que viabilizaram modificações nos processos industriais, que passaram a utilizar menor quantidade de matéria-prima e/ou diferentes etapas de reações químicas. Atualmente, a Química Verde já está consolidada como uma prática, tanto nas indústrias, quanto

Solventes e Auxiliares mais Seguros

O uso de substâncias auxiliares (solventes, agentes de separação, secantes etc.) precisa, sempre que possível, tornar-se desnecessário e, quando utilizadas, estas substâncias devem ser inócuas.

Química Intrinsecamente Segura para a Prevenção de Acidentes As substâncias, bem como a maneira pela qual uma substância é utilizada em um processo químico, devem ser escolhidas a fim de minimizar o potencial para acidentes químicos, incluindo vazamentos, explosões e incêndios.

Editoria de arte

simulador

Escreva no caderno

Atividades

Química Verde

filme

O gosto salgado que sentimos ao comer certos alimentos resulta da interação entre o sal utilizado como tempero e os receptores gustatórios presentes nas papilas linguais.

Luciana Whitaker/Pulsar Imagens

Filme de J. C. Chandor. Até o fim. EUA, 2013

Robert Redford interpreta um velejador solitário e experiente em uma viagem pelo oceano Pacífico. A colisão com um contêiner em alto-mar é o início de uma série de problemas que o personagem tem de enfrentar para se manter vivo. Atente para a cena em que ele improvisa a técnica de destilação simples para obter água potável.

diogoppr/Shutterstock.com

Figura 15. Representação esquemática de destilação simples. (Imagem fora de escala e em cores ilustrativas.)

Até o fim. Direção: J. C. Chandor. EUA: Paris Filmes, 2013. 1 DVD (106 min). Título original: All is lost.

dipolo permanente-dipolo permanente e íon-dipolo permanente. Elas são temporárias no sentido de que não há formação de ligações iônicas ou covalentes, cujo rompimento requer mais energia. Ou seja, não se produzem novas substâncias nesse processo. Uma indicação do caráter temporário é que, com um simples enxágue da boca com água, deixamos de sentir um gosto. Para entender como ocorrem essas interações intermoleculares, é importante conhecer não só as estruturas dos compostos associados ao gosto, mas também as dos receptores gustatórios. Já se chegou ao entendimento de diversos aspectos das estruturas desses receptores, apesar de, no nível molecular, elas não terem sido completamente esclarecidas. O aprofundamento desse conhecimento pode permitir, por exemplo, no caso dos receptores gustatórios associados ao gosto doce, o desenvolvimento de adoçantes mais eficientes.

Reagentes catalíticos (tão seletivos quanto possível) são melhores que reagentes estequiométricos.

Busca pela Eficiência de Energia Uso de Fontes Renováveis de Matéria-Prima

Sempre que técnica e economicamente viável, a utilização de matérias-primas renováveis deve ser escolhida em detrimento de fontes não renováveis.

A utilização de energia pelos processos químicos precisa ser reconhecida pelos seus impactos ambientais e econômicos e deve ser minimizada. Se possível, os processos químicos devem ser conduzidos a temperatura e pressão ambientes.

Evitar a Formação de Derivados A derivatização desnecessária (uso de grupos bloqueadores, proteção/desproteção, modificação temporária por processos físicos e químicos) deve ser minimizada ou, se possível, evitada, porque estas etapas requerem reagentes adicionais e podem gerar resíduos.

LENARDÃO, E. J. et al. “Green chemistry” – Os 12 princípios da química verde e sua inserção nas atividades de ensino e pesquisa. Química Nova, v. 26 n. 1, São Paulo, jan. 2003. Disponível em: <http://www.scielo.br/scielo. php?script=sci_arttext&pid=S0100-40422003000100020>. Acesso em: 20 out. 2016.

Atividades 1. O que propõe a Química Verde? Quais seriam as consequências socioambientais caso ela não tivesse sido implementada? Por que diversos países se reuniram para discutir o tema? 2. Qual(is) dos 12 princípios fundamentais poderia(m) ser associado(s) ao tema explorado neste capítulo?

3. Em sua região, há alguma indústria que adote os princípios da Química Verde? Em caso afirmativo, procure saber como foi a adoção desses princípios por essa indústria. Em caso negativo, pesquise indústrias brasileiras que os adotam. Agora que compreende que ideias esse movimento engloba, responda: você utilizaria os 12 princípios como critério para a decisão de consumir ou não um produto?

Capítulo 9

Mol e estequiometria

267

I vapor líquido sólido tempo (min)

t (ºC)

II vapor líquido

Exercícios complementares

sólido tempo (min)

Classificação de sistema

3. (PUCCamp-SP) Considere as seguintes amostras:

1. Um sistema é formado de água líquida, gelo, vapor de água, açúcar dissolvido e óleo vegetal. Podemos dizer que, em relação à quantidade de fases e de componentes, o sistema pode ser classificado em:

III vapor líquido

IV. Enxofre e carvão.

sólido

V. Vinagre e óleo.

a) trifásico com cinco componentes.

tempo (min)

c) tetrafásico com quatro componentes.

Quantos sistemas heterogêneos bifásicos foram mencionados ?

a) mistura azeotrópica, substância pura e mistura eutética.

d) tetrafásico com cinco componentes.

a) 1

d) 4

b) mistura, substância pura e mistura azeotrópica.

e) tetrafásico com três componentes.

b) 2

e) 5

c) mistura, mistura azeotrópica e substância pura.

Substâncias

Solubilidade a 20 °C (g/100 g de água)

Densidade a 20 °C (g/cm3)

Água

—

1,00

Álcool etílico (etanol)



0,7893

Gasolina

insolúvel

0,6553

 solubilidade infinita

Com base nessas propriedades físicas, é possível, por exemplo, extrair o álcool que é adicionado à gasolina comercial. Esse procedimento pode ser feito da seguinte maneira: a um determinado volume de gasolina adiciona-se o mesmo volume de água. A mistura é agitada e, a seguir, colocada em repouso. Forma-se, então, um sistema bifásico que pode ser separado com a ajuda de um funil de separação. Tendo como base os dados da tabela, podemos afirmar que nesse procedimento ocorre(m) o(s) seguinte(s) fenômeno(s): I. Quando a gasolina (que contém álcool) é misturada à água, o álcool é extraído pela água, e o sistema resultante é bifásico: gasolina/água-álcool.

4. (UEL-PR) Um rapaz pediu sua namorada em casamento, presenteando-a com uma aliança de ouro 18 quilates. Para comemorar, sabendo que o álcool é prejudicial à saúde, eles brindaram com água gaseificada com gelo, ao ar livre. Os sistemas: ouro 18 quilates, água gaseificada com gelo e ar atmosférico, são, respectivamente:

c) Substância homogênea, mistura heterogênea e mistura homogênea.

5. (Cesgranrio-RJ) De acordo com os gráficos de mudanças de estado abaixo, podemos afirmar corretamente que I, II e III correspondem, respectivamente, a:

vapor líquido sólido tempo (min)

II vapor líquido

c) III é correta.

sólido

d) II e III são corretas.

tempo (min)

e) I e III são corretas. t (ºC)

III

(1) Filtração.

Exercícios complementares

(2) Decantação. (3) Peneiração. 2a coluna Solo arenoso contaminado com fuligem. Ar com poeira gerada pela trituração de plásticos. Água contaminada com óleo. A sequência correta é: a) 3-2-1.

c) 3-1-2.

b) 1-3-2.

d) 1-2-3.

e) 2-1-3.

9. (UFSM-RS) Logo cedo, um grupo de escoteiros acorda e prepara seu café da manhã: pão de caçador e café mateiro. Para preparar o café mateiro, misturam-se, em uma lata, pó de café, açúcar e água e aquece-se. Na sequência, ainda na lata, é adicionada uma brasa ardente para o pó descer.

80 tempo (min)

Assim, assinale verdadeira (V) ou falsa (F) em cada afirmativa a seguir. ( ) Na presença da brasa, ocorre um processo de decantação. ( ) No final do preparo, obtém-se uma mistura heterogênea. (

) A mistura final contém só uma fase.

A sequência correta é:

b) II é correta.

a) Quais as temperaturas de fusão de A e B? b) A e B misturados em certa proporção formam uma solução sólida (eutético), que funde em temperatura intermediária às de A e B puros. Em que intervalo estará o ponto de fusão do eutético?

Misturas eutética e azeotrópica

t (ºC)

t (°C) 80

e) Mistura heterogênea, substância homogênea e substância heterogênea.

a) I é correta.

d) Mistura homogênea, mistura heterogênea e mistura homogênea.

III. A mistura água-álcool formada é um sistema homogêneo (monofásico), com propriedades diferentes daquelas das substâncias que a compõem.

Capítulo 2

6. (Unicamp-SP) As curvas de fusão das substâncias A e B estão representadas na figura abaixo.

b) Mistura heterogênea, mistura homogênea e substância homogênea.

t (ºC)

8. (UFSM-RS) O tratamento inadequado de resíduos gerados pelo homem causa sérios danos ao meio ambiente. É essencial que esses resíduos sejam corretamente descartados, para que o impacto ambiental seja minimizado. Associe as colunas, observando o tipo de separação mais adequado para cada caso de misturas apresentado. 1a coluna

e) substância pura, mistura e mistura eutética.

a) Substância heterogênea, mistura heterogênea e mistura homogênea.

II. Quando a gasolina (que contém álcool) é misturada à água, a gasolina é extraída pela água, e o sistema resultante é bifásico: álcool/água-gasolina.

Dessas considerações, somente:

d) substância pura, mistura eutética e mistura azeotrópica.

Ilustrações: Editoria de arte

2. (UFRRJ) Observe os dados listados na tabela abaixo.

c) 3

Editoria de arte

b) bifásico com três componentes.

t (ºC)

I. Álcool comum e água. II. Gás carbônico e nitrogênio. III. Gasolina e água.

Separação de misturas heterogêneas

a) V-V-V.

c) F-V-F.

7. (UFES) Na perfuração de uma jazida petrolífera, a pressão dos gases faz com que o petróleo jorre para fora. Ao reduzir-se a pressão, o petróleo bruto para de jorrar e tem de ser bombeado. Devido às impurezas que o petróleo bruto contém, ele é submetido a dois processos mecânicos de purificação, antes do refino: separá-lo da água salgada e separá-lo de impurezas sólidas, como areia e argila. Esses processos mecânicos de purificação são, respectivamente:

b) V-V-F.

d) V-F-V.

a) decantação e filtração. b) decantação e destilação fracionada. c) filtração e destilação fracionada. d) filtração e decantação. e) destilação fracionada e decantação.

e) F-F-V.

10. (PUC-RS) O garimpo do ouro é uma atividade econômica comum em determinados pontos da Amazônia. Uma das formas de separar o ouro dos outros materiais é por meio de bateias, uma espécie de bacia em que água corrente é passada para remover a areia, deixando o ouro, que é mais denso, no fundo. Outro método para separar o ouro consiste em adicionar mercúrio à areia. O ouro dissolve-se no mercúrio, mas a areia não. A solução pode ser facilmente separada da areia e recolhida. Para separar o mercúrio do ouro, a solução é aquecida em um recipiente. O mercúrio volatiliza, e seu vapor é resfriado Substâncias, misturas e separação de misturas

São questões relacionadas aos temas tratados no capítulo, extraídas dos vestibulares das principais universidades do país e das provas do Exame Nacional do Ensino Médio (Enem). No final desta seção, há sempre uma ou mais questões que retomam o tema explorado na abertura do capítulo. Essas questões podem ser identificadas pelo símbolo .

vapor líquido sólido tempo (min)

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Capítulo 1

Física: Ciência e tecnologia

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Sumário PARTE I CAPÍTULO 1

Química: a ciência da escala humana | 12

Conexões | 32 Exercícios propostos | 19, 26, 31 Exercícios complementares | 34

CAPÍTULO 2

tock.c

utters

phy/Sh

otogra

Ph Kotuk

Substâncias, misturas e separação de misturas | 38

O conceito de sistema | 40 Substâncias químicas | 41 Mistura de substâncias | 42 Tipos de mistura | 43

Conexões | 58 Exercícios propostos | 44, 57 Exercícios complementares | 60

Filipe Araujo/Estadão Conteúdo/Photoshot/Otherimages

Separação de misturas | 44 Tratamento de água | 45 Separação de misturas heterogêneas | 48

Química em rede | 52 Separação de misturas homogêneas | 53 Atividade prática | 56

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Florin Stana/Shutterstock.com

CAPÍTULO 3

Estudo das transformações químicas | 64

Conexões | 82

O modelo científico | 74

Exercícios propostos | 68, 73, 81

Atividade prática | 75

Exercícios complementares | 84

CAPÍTULO 4

A estrutura do átomo | 88

Os fenômenos elétricos da matéria | 90 O modelo atômico de Thomson | 93 A descoberta dos prótons | 94

Anetlanda/Shutterstock.com

Os fenômenos radioativos | 95 O modelo atômico de Rutherford | 95 Contexto histórico | 98

Diferença entre átomos e íons | 104

Conexões | 106 Exercícios propostos | 94, 100, 105 Exercícios complementares | 108

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Sumário CAPÍTULO 5

Os átomos e a emissão de luz | 112

Conexões | 130 Exercícios propostos | 122, 125, 129

Gabarito – Parte I | 137 Apêndice – Parte I | 143

PARTE II CAPÍTULO 6

Charles D. Winters/Science Source/Diomedia

Exercícios complementares | 132

A tabela abela periódica dos elementos | 146

Dagmar Petrikov

Parafuso telúrico de Chancourtois | 148

Conexões | 164 Exercícios propostos | 156, 163 Exercícios complementares | 168

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CAPÍTULO 7

Ligações químicas | 172

Ligação metálica | 192 O modelo de ligação “mar de elétrons” | 193

Conexões | 194 Exercícios propostos | 177, 181, 185, 192, 193 Exercícios complementares | 196

Polaridade da ligação | 181

rtem/Shutterstock.com

Polaridade das moléculas | 183 Modelo da repulsão dos pares de elétrons da camada de valência | 183

As interações intermoleculares e algumas propriedades físicas | 189 Atividade prática | 191

CAPÍTULO 8

Compostos postos inorgânicos | 202

Conexões | 230 Exercícios propostos | 211, 216, 219, 223, 227, 229 Exercícios complementares | 232 Steve Gschmeissner/SPL/Latinstock

Soluções eletrolíticas e não eletrolíticas | 219

Óxidos | 220 Nomenclatura e classificação dos óxidos | 220

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Sumário CAPÍTULO 9

Mol e estequiometria | 238

Conexões | 266

Fórmula percentual em massa | 250

Exercícios propostos | 243, 246, 249, 252, 254, 257, 262, 265

Fórmula mínima | 250

Exercícios complementares | 268

Gabarito – Parte II | 273 Apêndice – Parte II | 279 Lista de siglas | 284 Sugestões para pesquisa e leitura | 285

Luciana Whitaker/Pulsar

Referências bibliográficas | 286

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2/14/17 2:50 PM

Digital Light Source/UIG/Getty Images

Apêndice – Parte I | 143

Capítulo 1

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Física: Ciência e tecnologia

2/13/17 4:50 PM

CAPÍTULO 1

Vinicius Tupinamba/Shutterstock.com

Química: a ciência da escala humana

Praia na cidade de Fortaleza, Ceará, 2014.

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Andre Dib/Pulsar Imagens

• Método científico • Densidade • Transformações e propriedades da matéria Turbinas de parque eólico em Trairi, Ceará, 2015.

Fortaleza é uma cidade fascinante, especialmente em razão do contraste existente entre as paisagens naturais e as construídas pelo ser humano. Na imagem acima, notam-se as turbinas de um parque eólico localizado em uma praia dessa cidade. Tais máquinas são feitas de uma variedade de materiais, como concreto, aço, entre outros, e servem para produzir energia elétrica pela força dos ventos. Os prédios que aparecem na fotografia noturna são compostos dos mesmos materiais. Essas construções são provavelmente afetadas pela maresia já que Fortaleza é uma cidade litorânea, onde venta muito. Mas o que isso tem a ver com Química? Tudo. É muito difícil conceber algum aspecto da vida cotidiana que não envolva essa ciência da natureza; tanto tarefas triviais (levantar da cama, andar até a escola, almoçar, bronzear-se na praia e assim por diante) como mais complexas (desenvolver medicamentos para a cura do câncer, produzir novos materiais para a construção de equipamentos diversos, entre outras) podem ser interpretadas e compreendidas fazendo-se uso dos conceitos de Química. O conhecimento dos princípios químicos deve, portanto, em associação com outros conhecimentos, contribuir para a formação de um cidadão mais crítico e ativo. Agora responda às seguintes questões:

1. Registre no caderno palavras que, em sua opinião, podem estar associadas à Química. Peça também a opinião de alguns de seus colegas e anote todas as concepções referentes a essas palavras que forem diferentes das suas. Com base nas suas anotações, o que você poderia concluir sobre os objetos de estudo da Química?

2. Quais elementos observados nas fotografias de abertura podem ser objetos de estudo para a Química?

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O método científico e a Química

Sugestão História do método científico, Academia Brasileira de Ciências. Rio de Janeiro. Disponível em: <http://ftd.li/diquvb>. Acesso em: 21 ago. 2016. Nessa página há uma breve história do método científico. Você pode acessar também o item “o método científico” e ler uma pequena explicação sobre esse tema.

Blend Images/Masterfile/Latinstock

Figura 1. Jovens cientistas trabalhando em laboratório de Química.

Foi na Grécia antiga que uma metodologia pautada na lógica e na observação sistemática e controlada de fenômenos começou a se desenvolver. Graças a trabalhos de diversos pensadores, como Hipócrates (460‑377 a.C.), Aristóteles (384‑322 a.C.) e Euclides (?‑295 a.C.), difundiu‑se a ideia de que o mundo é regido por leis da natureza. Entretanto, o método científico, processo investigativo mais utilizado no meio cien‑ tífico, que se baseia na observação e na experimentação, demorou a se desenvolver. Apenas com os trabalhos do inglês Roger Bacon (1214‑1292) no século XIII, essa manei‑ ra de buscar conhecimento começou a surgir. Seu desenvolvimento foi demorado, po‑ rém ganhou grande impulso posteriormente, com o inglês Francis Bacon (1561‑1626), cujos trabalhos se fundamentaram no raciocínio indutivo, em que o pensamento vai do particular para o geral. Até o século XVIII, os cientistas dificilmente entravam em acordo quanto à maneira de investigar os fenômenos e de realizar experimentos. O método científico moderno – cujos alicerces foram estabelecidos pela obra Discurso do método, do francês René Descartes (1596‑1650) – contribuiu para a resolução desse problema e para a definição de uma linguagem comum, sistematizando assim uma série de conhecimentos. A ciência Química segue, de modo geral, o método científico moderno, que se baseia no raciocínio dedutivo (o pensamento, nesse caso, se desloca do geral para o particular). Há diversas maneiras de esquematizar essa estratégia de investigação, mas seus princípios básicos são: observação, busca por padrões, formulação e teste de hipóteses e elaboração de teoria. Inicialmente, busca‑se a repetição de uma propriedade qualquer observada, for‑ mula‑se uma pergunta e elabora‑se uma explicação ou hipótese. O cientista então deduz, ou seja, parte da hipótese levantada e faz uma previsão. Em seguida, essa hipótese é testada por experimentos ou por outros meios, que geram dados quan‑ titativos e qualitativos. Caso não seja confirmada, a hipótese deve ser revista. Já se a análise desses dados comprovar a hipótese, pode‑se estabelecer uma teoria, que possibilita novas previsões. Experimentos são feitos para testar essas previsões. Quan‑ do as previsões se mostrarem falhas, a teoria deverá ser modificada. A comprovação dessas previsões implicará a aceitação da teoria até que novas observações e dados experimentais a refutem. Portanto, com base na observação criteriosa dos fenômenos da natureza, cientis‑ tas constroem o conhecimento e elaboram hipóteses, teorias, princípios e leis, que estão sujeitos à reformulação.

Capítulo 1

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Da experimentação isenta de método científico à Química

A Tábua de Esmeralda, de Jorge Ben. Rio de Janeiro: Philips Records, 1974. 1 disco sonoro. Nesse disco, há duas canções, “Os Alquimistas estão chegando” e “Hermes Trismegisto e sua celeste Tábua de Esmeralda”, que tratam do tema da alquimia. “A Tábua de Esmeralda”, escrito por Hermes Trismegisto, um sábio que teria vivido no Egito antigo, é um dos textos alquímicos mais conhecidos. Acredita‑se que foi responsável pela fundação da alquimia árabe.

Organismo patogênico: aque‑ le que provoca doenças. É mais provável que o encontremos em alimentos crus.

Joseph Wright of Derby. 1771-95. Óleo sobre tela. Museu e Galeria de Arte de Derby, Inglaterra. Foto: AKG-Images/Latinstock

A Química é uma ciência natural relativamente recente, mas podemos afirmar que os conhecimentos químicos práticos já eram empregados há milhares de anos. No período Paleolítico, os seres humanos adquiriram, graças ao desenvol‑ vimento desses conhecimentos, o domínio das técnicas de produção de fogo. Isso lhes permitiu se aquecerem no frio e cozinharem os alimentos. O cozimento, hoje sabemos, provoca a morte de boa parte dos organismos patogênicos, reduzindo a probabilidade de contaminação alimentar, o que gerou um aumento da expectativa de vida. O domínio do fogo viabilizou ainda a fabricação de uten‑ sílios de cerâmica e a produção de metais, o que deu início à Idade do Bronze (c. 3000 a.C.) e, posteriormente, à Idade do Ferro (c. 1200 a.C.). No período de 300 a 1400 desenvolveu‑se a alquimia, considerada sagrada por seus praticantes. Os alquimistas buscavam uma substância – chamada pe‑ dra filosofal, tintura ou elixir – que transformaria qualquer metal em ouro, bem como curaria todas as doenças do corpo e preservaria a juventude. Apesar de se tratar de uma mistura de ciência, arte e magia, a alquimia deu inúmeras contri‑ buições à Química, pois possibilitou a elaboração e o aprimoramento de técnicas, a criação de utensílios inovadores e o conhecimento da composição de materiais.

Sugestão

A Tábua de Esmeralda. Jorge Ben. Gravadora: Philips Records, 1974

É importante salientar, no entanto, que a observação é influenciada pelo co‑ nhecimento prévio do cientista, que sempre está impregnado de conceitos, nun‑ ca partindo “do zero”. Além disso, o método científico não é rígido; há diversas idas e vindas, nunca se vai diretamente dos fatos para a teoria ou a lei. O conhe‑ cimento científico é uma construção não cumulativa, não linear e não definitiva; há crises e rupturas que podem implicar sua completa remodelação. Por fim, cientistas em geral não trabalham sozinhos, normalmente fazem parte de um grupo de pesquisa, que compartilha informações com outros grupos, publicando artigos científicos, participando de congressos, assim por diante.

Figura 2. O alquimista em busca da pedra filosofal (1771), de Joseph Wright of Derby. No quadro, o alquimista Henning Brand, na descoberta do fósforo, reza para que sua tarefa seja concluída com sucesso, como era o costume entre os antigos astrólogos químicos. Química: a ciência da escala humana

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Jean Loup Charmet/SPL/Latinstock

Figura 3. Uma página de um tratado de alquimia escrito por Zózimo de Panópolis. Nota‑se a ilustração de utensílios usados em experimentações alquímicas.

Sugestão Em defesa da experimentação, de Ana Maria Alfonso‑Goldfarb e Márcia H. M. Ferraz. Ciência Hoje, São Paulo, 9 jan. 2012. Disponível em: <http://ftd.li/ k9cjzs>. Acesso em: 22 ago. 2016. Nessa página há um texto sobre O químico cético, obra do filósofo natural Robert Boyle considerada um marco na história da Química.

Ela foi praticada por diversas civiliza‑ ções. Em Alexandria, Zózimo de Panópolis (c. 300) buscou, além da pedra filosofal, uma substância que promovesse a encar‑ nação ou a desencarnação de espíritos. Na China, os antigos alquimistas desejavam a imortalidade física. Para atingi‑la, elabo‑ raram remédios e técnicas de preservação de corpos. Também prepararam a pólvora em experiências com nitrato de potássio, carvão e enxofre e, com isso, desenvol‑ veram fogos de artifício e utensílios para serem utilizados em combates. Na Arábia, foram estudados diversos metais e mi‑ nerais para práticas místicas. O livro do grande conhecimento das pedras preciosas, escrito por Al‑Biruni (973‑1048), é um compêndio detalhado de mineralogia. Na Renascença, o médico suíço conhecido como Paracelso (1493-1541) propôs que a alquimia se voltasse para a aplicação terapêutica. Ele defendeu a teoria de que substâncias interagem harmonicamente no corpo humano. Assim, a doença seria um desequilíbrio nessa interação que poderia ser reparado com o uso de medicamentos feitos à base de extratos minerais e vegetais. Esses estudos fica‑ ram conhecidos como iatroquímica. Com o estabelecimento dos alicerces do método científico moderno no século XVII, pode‑se dizer que a Química, tal como ela se configura atualmente, come‑ çou a se instituir. Entre os séculos XVI e XVIII, foram publicados diversos livros que contribuíram para a organização dessa ciência. Alguns estudiosos citam o livro The Sceptical Chymist (O químico cético), de Robert Boyle (1627‑1691), como símbolo da passagem da alquimia para a Química. Outros defendem, como marco fundamental, o Tratado elementar de Química, publicado em 1789 por Antoine‑Laurent Lavoisier (1743‑1794). É importante frisar que os conceitos propostos por cientistas ocidentais aca‑ baram ficando mais conhecidos e se estabeleceram como os alicerces dessa ciência. Grande parte dos conhecimentos fundamentais da Química moderna se baseia em estudos desenvolvidos principalmente no Ocidente, em especial na Europa, entre os séculos XVI e XIX. Entretanto, enquanto o método cientí‑ fico se estabelecia no Ocidente, culturas como a chinesa, a indiana e a árabe também produziam conhecimentos riquíssimos e davam respostas a muitas problematizações. Não pretendemos afirmar, ao priorizar essa história, que não existem outras formas de conhecimento, nem que a ciência ocidental é o que há de mais sofisticado e interessante. A notoriedade e o estabelecimento de determinadas linhas de pensamento científico refletem aspectos culturais, eco‑ nômicos e sociais da época em que são desenvolvidas. A partir da primeira metade do século XX, podemos dizer que a ciência co‑ meçou a se globalizar, pois um padrão para a metodologia científica e para a divulgação dos trabalhos científicos foi sendo adotado por países de praticamente todas as regiões do planeta. Uma das consequências dessa padronização é que hoje a comunicação entre os cientistas – não importando sua nacionalidade – se dá preferencialmente em língua inglesa.

Capítulo 1

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Sugestão Remédio de índio, de Carol Castro. Superinteressante, São Paulo, mar. 2013. Disponível em: <http://ftd.li/c2j3cs>. Acesso em: 22 ago. 2016.

Renato Soares//Pulsar Imagens

O texto disponível nessa página mostra como o conhecimento indígena e o conhecimento científico podem caminhar juntos em busca de medicamentos para o tratamento de variadas doenças.

Rita Barreto

Outros conhecimentos, como os provenientes de experiências do cotidiano, de crenças e de tradições, são igualmente relevantes. As comunidades indígenas, por exemplo, usam plantas e ervas para curar males que acometem a saúde e dominam técnicas de extração de corantes. Diferentes povos indígenas utilizam um líquido de cor violeta extraído do jenipapo não maduro para pintar o corpo. Em contato com a pele, esse extrato adquire cor preta e adere a ela por vários dias. A pintura corporal tem várias funções, entre elas indicar a posição social do indivíduo e pro‑ teger o corpo contra raios solares e contra a picada de insetos. Esse conhecimento, passado de geração a geração, apesar de envolver Química, não é organizado de maneira sistemática e rigorosa, como exige o método científico. Isso, entretanto, não indica superioridade de um em relação ao outro, e muitas vezes a construção de conhecimentos científicos partiu e ainda parte de conhecimentos tradicionais. Ambos são importantes para a compreensão do mundo que nos cerca.

Figura 4. À esquerda, o jenipapo usado na produção de corante pelos índios Kuikuro. Foto de 2009. À direita, pintura feita com tintura de jenipapo e cinzas de cascas de árvore no corpo de menina da etnia Kayapó, da aldeia Moykarakô, São Félix do Xingu, PA, 2015. Muitos povos indígenas usam também sementes de urucum para a produção de corante vermelho.

Você sabia? Descoberto o ancestral selvagem do urucum O urucum é um pigmento vermelho intenso de uso milenar entre os índios amazônicos. Adotado pelos colonizadores europeus como um substituto do açafrão, o urucum é hoje muito comum na culinária brasileira, onde é conhecido como colorau. Segundo dados do IBGE, a produção brasileira em 2012 foi de 12 000 toneladas/ano. Desse total, 60% são destinados à fabricação de colorau, 30% à fabricação de corantes e 10% à exportação – para uso na indústria de cosméticos. Apesar da sua importância econômica, culinária, cultural e histórica, ainda não se conhecia a origem da sua domesticação. Até hoje não se havia identificado quem seria o ancestral selvagem do urucuzeiro (Bixa orellana), o arbusto domesticado de onde se extrai o urucum. Não mais. Pesquisadores do Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia (Inpa) e da Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz (Esalq-USP) conseguiram identificar a misteriosa espécie que deu origem ao urucum. Trata-se de um arbusto chamado Bixa urucurana.

[...] Um outro dividendo importante da pesquisa foi conseguir apontar o local provável onde aconteceu a domesticação do urucum. Dados arqueológicos revelam que o urucum era usado entre os índios do vale do Peruaçu, em Minas Gerais, entre 500 e 1 000 anos atrás. Sementes carbonizadas com até 1 300 anos foram escavadas na Colômbia. Estudos linguísticos demonstram que o nome pré-maia do urucum já era usado na América Central há 2 400 anos. Indícios do pigmento foram encontrados em assentamentos pré-históricos no centro do Peru que datam de 3 mil anos. Mas os indícios mais antigos do uso do urucum vêm de um sítio arqueológico ocupado há 3 600 anos na pequena ilha Saba, uma colônia holandesa nas Antilhas, no mar do Caribe. Apesar de tantos indícios, após a descoberta do urucum selvagem tudo leva a crer que o urucum de quintal foi domesticado no norte da América do Sul. [...] [...] MOON, P. Descoberto o ancestral selvagem do urucum. Agência Fapesp, São Paulo, 22 jan. 2016. Disponível em: <http://agencia.fapesp.br/descoberto_o_ancestral_selvagem_do_ urucum/22580/>. Acesso em: 3 jan. 2017.

Química: a ciência da escala humana

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A Química e os ramos interdisciplinares

A Química e a sociedade moderna

Roald Hoffmann, físico‑químico polonês ganhador do prêmio Nobel de 1981, define a Química como a ciência da escala humana, pois ela não se ocupa nem do infinitamente pequeno, nem do infinitamente gran‑ de. Seu objeto de estudo é principalmente a matéria e suas transformações (definiremos ambos os conceitos mais adiante). Entretanto, para se desenvolver, a Química preci‑ sa se conectar com disciplinas de diversas áreas do conhecimento – principalmente com as que buscam compreender os fenômenos da natureza, como a Físi‑ ca e a Biologia –, formando, assim, ramos interdiscipli‑ nares. Como exemplos, temos a Bioquímica e a Geo‑ química. A primeira utiliza conceitos da Química para investigar as transformações relativas à vida, aquelas que ocorrem nos organismos vivos. Esse conhecimen‑ to tem proporcionado um aumento na expectativa de vida das populações. A segunda utiliza conceitos da Química para examinar a composição das rochas, dos solos, dos oceanos e outros. Geoquímicos podem prestar serviços para empresas que constroem hidrelé‑ tricas, por exemplo, pois são profissionais capazes de avaliar os impactos ambientais gerados pela constru‑ ção de uma usina. No decorrer deste livro, tentaremos, sempre que possível, chamar a atenção para essas articulações, in‑ cluindo as que envolvem as ciências humanas. Uma avaliação de impactos ambientais provenientes de usinas hidrelétricas – como mencionamos, é uma das possíveis atribuições de um geoquímico – deve pres‑ supor também conhecimentos de sociologia, história e economia.

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k.c

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A maioria das pessoas está acostumada a utilizar ou consumir produtos como estes, observados na Figura 5, mas poucas reconhecem a participação da Química na sua obtenção. Normalmente, a palavra “química” está associada a algo negativo, danoso e prejudicial à vida. É comum escutarmos: “Não uso isso ou aquilo porque tem muita química!”. Qualquer conhecimento que adquirimos pode ser bem ou mal utilizado. Quando o conhecimento quími‑ co é mal utilizado, pode resultar em problemas sérios para a natureza e para o ser humano, mas, se for bem utilizado, pode gerar melhorias e desenvolvimento de tecnologias que promovam o aumento na qualidade de vida das pessoas e a preservação do ambiente. No campo da saúde, por exemplo, diversos medi‑ camentos são desenvolvidos para o tratamento de do‑ enças. Na agricultura, usam‑se aditivos e adubos para aumentar a produção e a oferta de alimentos. Na in‑ dústria, elaboram‑se novos materiais, mais leves e mais resistentes, o que traz diversas melhorias para os bens de consumo em geral. A preocupação dos químicos com o meio ambien‑ te fez surgir a Química Verde, ramo científico que tem atraído bastante atenção. Os químicos que atuam nessa área procuram desenvolver e aplicar produtos e processos para reduzir e/ou eliminar a produção de poluentes, obter maior eficiência energética e utilizar matérias‑primas renováveis. Nesta obra vamos nos atentar mais para os aspectos construtivos da Química.

ate

Figura 5. Os produtos naturais, assim como os industrializados consumidos no dia a dia, têm química, tanto em sua constituição como em sua produção. A adubação da terra para o cultivo de frutas, como o morango e o mirtilo da fotografia acima, e a produção industrial de produtos de limpeza, como os amaciantes de roupas da fotografia ao lado, empregam conhecimentos químicos.

Randy Faris/Corbis/Latinstock

Capítulo 1

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Exercícios propostos 1. Discuta com seus colegas os possíveis significados da palavra “química” na figura abaixo. Sekundator/Shutterstock.com

b) Como a Química e a sociedade podem contribuir para atingir o objetivo (X)? c) A discussão atual sobre o uso de agrotóxicos em plantações envolve dois objetivos da Química: ali‑ mentar o mundo e garantir a qualidade do solo. Pes‑ quise informações sobre a Química Verde ou a Quí‑ mica Sustentável. Como ela está relacionada com esses objetivos?

CABELO LISO SEM QUÍMICA 2. As pessoas, de modo geral, associam a Química a coi‑ sas que fazem mal à saúde, poluem o meio ambiente, entre outras. Entretanto, os conhecimentos químicos são necessários para a produção das roupas que ves‑ timos e dos alimentos que comemos, bem como para a compreensão da natureza. a) Em sua opinião, por que essa ciência tem uma ima‑ gem negativa? b) Você concorda com a afirmação “a Química está em tudo”? Justifique sua resposta. 3. Observe a ilustração a seguir, que representa alguns dos objetivos da Química atualmente. Editoria de arte

a) Cite algumas situações em que os objetivos (II) e (VIII) são postos em prática.

Química a serviço da humanidade Construir uma indústria sustentável Alimentar o mundo (I) (X) Estabelecer padrões (metrologia) (IX)

Garantir a qualidade da água (II)

Atuar na fronteira da medicina (VIII) Atuar na fronteira da ciência (VII) Preservar o patrimônio artístico e cultural (VI)

Garantir a qualidade do solo (III) Garantir a qualidade do ar (IV) Garantir conforto e segurança (V)

Fonte: SILVA, L. A.; ANDRADE, J. B. de. Química a serviço da humanidade. Cadernos temáticos de Química Nova na Escola, n. 5, p. 3‑6, nov. 2003. Disponível em: <http://qnesc.sbq.org.br/online/cadernos/05/quimica_a_servico_ da_humanidade.pdf>. Acesso em: 4 jan. 2017.

4. Grande parte das embalagens utilizadas na conser‑ vação e armazenamento de alimentos e fármacos é feita de materiais derivados de petróleo, uma maté‑ ria‑prima não renovável. Tais materiais, chamados de plásticos, apresentam baixo custo, são resistentes e, quando aquecidos, deformam‑se com facilidade, o que favorece a produção de objetos nos mais di‑ versos formatos. Apesar de recicláveis, eles são des‑ cartados de maneira inadequada, causando grande impacto ambiental. Tendo esses fatos em vista, um grupo de pesquisa europeu, formado por sete centros de investigação e onze empresas especializadas na fabricação de embalagens, buscou produzir um material biode‑ gradável que correspondesse às necessidades do consumidor e da indústria e apresentasse caracterís‑ ticas melhores ou tão boas quanto as dos materiais derivados de petróleo (odor agradável, resistência, flexibilidade, impermeabilidade, baixo custo, baixa toxicidade etc.). O grupo conseguiu desenvolver um plástico à base de material 100% vegetal (chamado de bioplástico) que pode ser utilizado como adubo de plantas ao fim de sua vida útil. Os pesquisadores afirmam que as descobertas são inovadoras e prometem usar grãos de beterraba, tri‑ go ou milho sem valor agrícola para fabricar emba‑ lagens biodegradáveis e recicláveis. a) De acordo com o texto, quais são as principais vantagens do bioplástico? b) Em sua opinião, por que existe a preocupação dos pesquisadores em utilizar grãos sem valor agrícola (de beterraba, trigo ou milho) para a produção do bioplástico? c) Com base nos seus conhecimentos, cite no míni‑ mo duas áreas científicas que podem estar envolvi‑ das no desenvolvimento do bioplástico. Química: a ciência da escala humana

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Figura 6. Representação de laboratório de pesquisa química da Universidade de Leeds, Reino Unido, em 1908. Em destaque, vemos o esquema de filtração a vácuo.

Em Química são frequentes experimentos e atividades práticas para finalidades variadas, como a separação de misturas, a preparação de soluções, a realização de reações químicas e de transformações físicas, entre outras. Cada uma dessas atividades exige o conhecimento de técnicas e o uso de equipamentos adequa‑ dos. Algumas técnicas e equipamentos serão apresentados neste livro, mas é importante fri‑ sar que há muitos outros, utilizados nos labo‑ ratórios das indústrias (química, farmacêutica, alimentícia e outras), assim como nos de pes‑ quisa acadêmica. Com o desenvolvimento da Química, hou‑ ve modernização dos laboratórios e introdução de equipamentos sofisticados. Porém, certas técnicas não sofreram grandes alterações com o tempo. A filtração a vácuo, por exemplo, tipo de técnica de separação de misturas, cujo aparato utilizado em 1908 na Universidade de Leeds (Reino Unido) aparece em destaque na Figura 6, permanece sendo realizada da mes‑ ma maneira. Entretanto, as normas de segurança para a prática em laboratório mudaram bastante desde o início do século XX. Trabalhar em um laboratório exige aten‑ ção, organização e planejamento. Atualmente exige‑se o uso de equipamentos de proteção individual (EPIs) – como jaleco e óculos de segurança com proteção lateral. Além disso, há símbolos internacionalmente conhecidos que indicam características dos produtos químicos. O reconhecimento desses símbolos é im‑ portante no armazenamento e manuseio dos produtos para evitar acidentes. Na Figura 7 estão representados os mais comuns desses símbolos, conforme recomendação da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). Fotos: Rainer Lesniewski/Shutterstock.com

National Library of Medicine/SPL/Latinstock

Equipamentos e símbolos em laboratórios de Química

Sugestão

Edufscar

Introdução à Química Experimental, de Roberto R. da Silva, Nerilso Bocchi e outros. 2. ed. São Paulo: Edufscar, 2014.

Os dois primeiros capítulos do livro tratam de segurança e equipamentos básicos de laboratório.

material explosivo

material tóxico

material corrosivo

material inﬂamável

material radioativo

Figura 7. Alguns símbolos de alerta empregados em laboratórios de Química.

Capítulo 1

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Auremar/Shutterstock.com

O que é matéria? Tudo aquilo que possui massa e ocupa lugar no espaço é denominado matéria. Assim, uma mesa, um teclado de computador, nossas roupas, este livro, a água que bebemos e até mesmo o ar que respiramos são matéria. Como veremos mais adiante neste capítulo, a matéria sofre transformações, e, para que elas ocorram, deve haver a participação de energia. Apesar de a palavra “energia” ser muito utilizada em nosso cotidiano, a definição de seu conceito científico não é algo trivial. Entretanto, de maneira intuitiva, percebe‑ mos que há energia envolvida quando sentimos nossa pele ser aquecida pelo sol ou quando fazemos uma bicicleta se deslocar com a força de nossas pernas; ela está implicada também no cozimento dos alimentos, no deslocamento dos carros, ônibus e aviões, nos raios, no som etc. A Química, como já mencionamos antes, se ocupa da matéria e de suas trans‑ formações. A seguir, serão estudadas as grandezas físicas, que descrevem as propriedades da matéria, ou seja, suas características.

Figura 8. Podemos formar bolhas de sabão com o ar que expelimos dos pulmões. Apesar de não podermos vê‑lo, o ar é matéria, ou seja, possui massa e ocupa lugar no espaço.

Grandezas físicas

Captura via escâner

Para que possa medir, comparar e descrever a relação entre certas proprie‑ dades da matéria, é interessante que o químico conheça as grandezas físicas. Vejamos algumas delas.

POSOLOGIA Crianças de 2 a 12 anos: Massa corporal abaixo de 30 kg: 5 mL (5 mg) de loratadina xarope uma vez por dia Massa corporal acima de 30 kg: 10 mL (10 mg) de lorata‑ dina xarope uma vez por dia Adultos e crianças acima de 12 anos 10 mL (10 mg) de loratadina xarope uma vez por dia

Dimitar Sotirov/Shutterstock.com

Figura 9. Observe as imagens da posologia extraída da bula de um medicamento e da conta de água. A posologia de um medicamento é uma informação essencial para sua correta administração. A conta de água informa a quantidade de água consumida em uma residência ou um estabelecimento comercial por um período de tempo (geralmente, 30 dias) e o custo desse consumo. Você saberia identificar as grandezas físicas presentes em ambas as imagens?

Massa É muito comum ouvir alguém dizer que vai “se pesar” em uma balança. Mas o que medimos exatamente quando “nos pesamos”? Definimos massa (m) como uma grandeza associada à quantidade de matéria que há em um corpo e que é independente da aceleração gravitacional. Para de‑ terminar a massa de um corpo, devemos compará‑la com um padrão utilizando uma balança (portanto, medimos a massa em uma balança, e não o peso). O pa‑ drão corresponde a uma unidade básica de massa.

Figura 10. Balança de pratos com massa‑padrão de 1 quilograma. A quantidade a ser determinada é igual à massa‑padrão, se os pratos da balança permanecerem nivelados. Química: a ciência da escala humana

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Sistema Internacional de Unidades (SI): “[...] também conhecido como SI, é inspirado no sistema métrico e é o mais usado no mundo. É um conjunto padronizado de definições de unidades de medida, utilizado hoje em quase todo o mundo moderno e em várias áreas da atividade humana, como a técnico-científica, a política, a econômica e a social. Por sua lógica e coerência, pode ser usado por pessoas de origens, de culturas e de línguas diferentes.

[...]”

A unidade-padrão, recomendada pelo Sistema Internacional de Unidades (SI), é o quilograma (kg), mas normalmente se usam múltiplos ou submúltiplos dessa unidade. O grama (g) equivale à milésima parte do quilograma (1 g 0,001 kg), e a tonelada (t) é igual a 1 000 quilogramas.

Volume O segundo aspecto da definição de matéria – ocupar lugar no espaço – está associado à grandeza denominada volume (V). O SI recomenda o metro cúbico (m3) como unidade básica de volume. Podemos ilustrá-lo utilizando um cubo que possui 1 m de aresta. Lembremos que seu volume é obtido multiplicando-se seu comprimento por sua altura e por sua largura. Portanto, a extensão do espaço ocupado por um cubo com 1 m de aresta é igual a 1 m3 (ver Figura 11). É comum também o uso de seus submúltiplos, o decímetro cúbico (dm3) e o centímetro cúbico (cm3).

Sistema Internacional de Unidades (SI). Britannica Escola Online, disponível em: <http://escola.britannica.com.br/ article/483009/sistema-internacional-deunidades-si>. Acesso em: 22 ago. 2016.

10 dm 1m

Editoria de arte

1m 10 cm 1 dm 1 dm

1 cm 1m

1 cm 1 cm

1 dm

V 1 cm3 V 1 m3

V 1 dm3

Figura 11. Representação da unidade básica de volume recomendada pelo SI (m3) e de seus submúltiplos (dm3 e cm3). (Imagens fora de escala e proporção.)

Paulo Cesar Pereira

Em Química, também se usam o litro (L) e o mililitro (mL) com frequência. Abaixo, vemos a relação entre essas unidades: 1 m3 106 mL 103 L 100 °C

1 dm3 103 mL 1 L

373,15 K

1 cm3 1 mL 10 3 L

Temperatura 0 °C

273,15 K

Figura 12. Escalas de temperatura em grau Celsius e kelvin.

Há dois conceitos possíveis de temperatura. Neste momento vamos nos concentrar em um deles. Temperatura é a grandeza, independentemente da massa, que descreve o estado térmico de uma porção de matéria. Não devemos confundi-la com a transferência de energia térmica (calor), tema que estudaremos em Energia nas transformações. A unidade de temperatura recomendada pelo SI é o kelvin (K), embora utilizemos em nosso cotidiano o grau Celsius (°C). Em alguns países de língua inglesa se utiliza o grau Fahrenheit (°F). A temperatura em kelvin é chamada de temperatura termodinâmica.

Capítulo 1

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Pressão Porções de matéria, quando em contato, exercem pressão umas sobre as outras. Podemos definir a pressão como a força exercida por uma porção de matéria (em newton; N) sobre determinada área (em m2). Matematicamente, ela é a razão entre essa força e a área. P5

Força Área

Quanto maior a relação força/área, maior a pressão exercida. Vamos analisar uma situação hipotética para entender melhor essa relação. Suponha que uma pessoa calçando tênis pise com uma determinada força em seu pé. Em seguida, essa mesma pessoa, com a mesma força anterior, agora calçando uma bota de salto fino, pisa com o salto novamente em seu pé. Você certamente sentirá mais dor no segundo caso. A relação força/área é maior no caso da bota de salto fino, portanto a pressão exercida é maior. Existem diversos dispositivos para se medir a pressão. Nos postos de combustíveis é comum encontrarmos os calibradores de pneus. Em clínicas e hospitais, podemos medir a pressão arterial usando um manômetro de mercúrio ou outro dispositivo.

Densidade absoluta No dia a dia, podemos observar que alguns materiais, quando colocados em um recipiente com água, podem flutuar, como a rolha de cortiça, ou afundar, como uma bolinha de aço. Isso acontece porque eles apresentam densidades diferentes em relação à densidade da água. A densidade absoluta (d), ou somente densidade, é a razão entre a massa (m) de uma amostra de um material qualquer e seu volume (V). A equação para seu cálculo é a seguinte: d5

m V

Na Tabela 1, estão identificados valores de massa e de volume de seis amostras de ferro. Note que há um volume específico para cada massa e que as densidades calculadas das amostras são praticamente iguais. Tirando uma média aritmética simples desses valores experimentais, temos que dferro � 7,86 g/cm3 . Tabela 1. Cálculo das densidades de algumas amostras de ferro Amostras de ferro

Massa (g)

Volume (cm3)

Densidade (g/cm3)

100

12,73

7,855

150

19,08

7,861

III

200

25,44

7,861

225

28,63

7,858

250

31,80

7,861

300

38,17

7,859

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É possível construir o Gráﬁco 1 com os pares massa (g) e volume (cm3) determinados na tabela. A densidade do ferro equivale ao coeficiente angu‑ lar da reta, que é a razão entre a variação da massa (∆m) e a variação do volume (∆V).

Massa (g)

350 300 250

m 300 g 2 100 g 5 V 38,17 cm3 2 12,73 cm3 200 g dferro 5 25,44 cm3 dferro  7,86 g/cm3 dferro 5

∆m = 200 g

200 150 100

∆V = 25,44 cm3

50 0

Fonte: Dados da Tabela 1.

50 Volume (cm3)

Há alguns fatores que interferem no cálculo da densidade: a temperatura, o estado físico (será tratado ainda neste capítulo) e a pressão. Os da‑ dos da Tabela 1 deveriam, portanto, ter sido apresentados com indicação da temperatura e da pressão a que as amostras estavam submetidas. O aumento da temperatura dilata o material, ou seja, aumenta seu volume, tornando‑o menos denso. As mudanças de estado físico e a variação de pressão também alteram o volume do material, modificando, portanto, sua densidade. Podemos fazer afirmações sobre a densidade de um material relacionando‑a com a densidade de um líquido qualquer, de densidade conhecida, por meio de um teste simples (Figura 13). a

Paulo Cesar Pereira

Editoria de arte

Gráﬁco 1. Massa  volume de amostras de ferro

Figura 13. Representação esquemática de teste para a determinação da densidade de três materiais distintos relacionando‑a com a densidade da água: a) material mais denso que a água (afunda); b) material com densidade semelhante à da água (fica mais ou menos no meio da proveta); c) material menos denso que a água (flutua).

KotukPhotography/ Shutterstock.com

Na Figura 14, vemos um exemplo de como essa propriedade pode ser ex‑ plorada na prática. Materiais menos densos (gás hélio, por exemplo) tendem a flutuar quando são imersos em materiais mais densos (ar, por exemplo).

Figura 14. O gás hélio é menos denso que o ar; portanto, balões dirigíveis (zepelins) preenchidos com esse gás flutuam.

Capítulo 1

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Atividade prática Objetivos • Determinar a densidade de um material. • Construir e interpretar gráfico de massa  volume de um material.

Materiais Atenção

• peças de diferentes materiais, como plástico PVC, alumínio, cobre, ferro etc.

Componentes sólidos recicláveis devem ser descartados adequadamente ou, quando possível, guardados para reutilização no laboratório.

• 1 recipiente medidor de volume com escala em mL • 1 balança com precisão de 0,1 g • 1 pinça • água

Procedimentos a) Antes de iniciar a atividade, analise visualmente suas peças e, por estimativa, organize‑as em ordem crescente de densidade. b) Faça uma tabela no seu caderno relacionando o tipo de material, a massa (em gramas), o volume (em mililitros) e a densidade (em gramas por mililitro). c) Determine a massa de cada peça utilizando a balança e anote‑as nessa tabela. d) Determine o volume de cada peça da seguinte maneira: – Coloque água na proveta até a metade de sua capacidade. Anote esse volume. – Acrescente cuidadosamente a peça na proveta (utilize a pinça) e anote o volume marcado na proveta. – Caso a peça flutue na água, com a ponta da pinça afunde‑a até que fique totalmente submersa. – O volume da peça corresponde ao volume de líquido deslocado. Faça o cálculo e anote‑o na tabela.

Paulo Cesar Pereira

e) Complete a tabela e determine a densidade de cada peça.

Representação esquemática para determinar o volume de cada peça.

Para concluir 1. Organize em ordem crescente as densidades obtidas em sua análise. A ordem obtida é igual à estimada no início da atividade? Explique como você fez sua estimativa. 2. Compare seus resultados com os de seus colegas. Eles foram iguais ou diferentes? Discutam as diferenças encontradas.

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Exercícios propostos 1. Com base nas informações apresentadas em uma bula de um medicamento, faça o que se pede. Cada 1 mL do medicamento corresponde a 20 gotas. Adultos e adolescentes acima de 14 anos: máximo de 40 gotas por dia. Crianças: conforme o peso, deve-se seguir a orientação da tabela a seguir. Dose

Gotas

5 a 8 kg (3 a 11 meses)

Dose única diária

2a5

9 a 15 kg (1 a 3 anos)

Dose única diária

3 a 10

16 a 23 kg (4 a 6 anos)

Dose única diária

5 a 15

24 a 30 kg (7 a 9 anos)

Dose única diária

8 a 20

31 a 45 kg (10 a 12 anos)

Dose única diária

10 a 30

46 a 53 kg (13 a 14 anos)

Dose única diária

15 a 35

4. Um estudante realizou um experimento de cálculo de densidade. Ele adicionou água ao álcool etílico e percebeu que a densidade variava linearmente com a porcentagem de água, conforme o gráfico a seguir.

d (g/mL)

Gráfico da variação de densidade da solução de álcool e água Editoria de arte

Peso (média de idade)

3. A densidade é uma propriedade específica de cada material, podendo ser utilizada para identificá-lo. Imagine que você precise determinar se a massa de 2 kg de um material é constituída somente de ferro ou não. Você mede o volume por meio da técnica de deslocamento de um líquido em um recipiente graduado. O valor encontrado é 241,73 mL. Sabendo que a densidade do ferro é aproximadamente 7,86 g/cm3, podemos dizer que o material é constituído somente por ferro? Justifique sua resposta.

0,90

0,84

0,78 Fonte: Dados fictícios.

a) Na tabela, a bula discrimina a dose recomendada de acordo com o peso ou a idade. Comente o uso do termo “peso” em vez de “massa”.

% de H2O

Com base em seus conhecimentos e nas informações do gráfico, responda às questões.

c) Calcule o volume (em mL) mínimo desse medicamento que pode ser administrado a um bebê de 10 meses de idade com 7 kg de massa.

b) Qual a porcentagem de água adicionada, quando a densidade é de 0,84 g/mL?

2. Observe os três blocos de metais distintos na figura a seguir. Qual tem a maior massa? Dados: dferro 7,9 g/cm3; dalumínio 2,7 g/cm3; dmagnésio 1,7 g/cm3; Vferro 3,2 cm3; Valumínio 9,3 cm3; Vmagnésio 14,7 cm3. As cores dos blo-

Paulo Cesar Pereira

cos são ilustrativas.

ferro

b) Calcule o volume (em mL) máximo desse medicamento que pode ser tomado por uma pessoa de 40 anos no período de um dia.

alumínio

magnésio

a) Qual a densidade do álcool puro?

5. (Unicamp-SP) Três frascos de vidro transparentes, fechados, de formas e dimensões iguais, contêm cada um 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 d(etanol) 0,8 g/cm3

Capítulo 1

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Estados físicos da matéria

Detlev van Ravenswaay/SPL/Latinstock

Martyn F. Chillmaid/SPL/Latinstock

Andrew Lambert Photography/SPL/Latinstock

Em nosso dia a dia, encontramos a matéria em três estados físicos: sólido, líquido e gasoso. Os materiais sólidos são caracterizados por apresentar forma e volume definidos. Já os líquidos não apresentam forma fixa – eles assumem a forma do recipiente em que se encontram –, contudo têm volume definido. Ou seja, independentemente da forma do recipiente, 1 L de líquido sempre ocupa o mesmo volume, desde que a temperatura e a pressão sejam mantidas constantes. Os gases, além de assumirem a forma do recipiente que ocupam, têm um volume que depende das condições de temperatura e pres‑ são; em outras palavras, sua característica principal é a ausência de forma e volume fixos. Gases são facilmente comprimíveis, enquanto sólidos e líquidos não o são.

Existe um quarto estado físico da matéria, denominado plasma, que é muito comum no Universo e nas estrelas. Ele consiste em matéria no estado gasoso aquecida a temperaturas extremamente altas. O plasma não tem forma nem volume definidos, como os gases, mas possui propriedades bastante diferentes das dos outros estados. A matéria pode ser ainda encontrada em outros estados, mas estudá‑los está fora do escopo deste livro.

Figura 15. Exemplos de matéria nos três estados físicos: um meteorito de ferro (sólido), ácido sulfúrico (líquido) e gás cloro (gasoso).

Transformações da matéria

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Figura 16. O amadurecimento de bananas, o derretimento de uma vela e o envelhecimento de uma pessoa são outros exemplos de transformação da matéria.

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Alguns alimentos são cozidos para que se tornem agradáveis ao paladar. Um cubo de gelo colocado sobre uma mesa em um dia de verão derrete rapidamen‑ te. A areia misturada com água, cimento e pedras de brita forma o concreto utilizado na construção de prédios. Pode‑se notar nesses casos a existência de um antes e um depois que diferem. O alimento cozido não é igual ao cru, a água líquida não é a mesma coisa que a sólida (gelo) e os componentes para a produ‑ ção do concreto são diferentes do concreto em si. Assim, todos esses processos, em que a matéria passa de uma condição para outra, envolvem o que chamamos de transformação. Existem outros exemplos de transformação da matéria que podemos observar no cotidiano (Figura 16).

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Mudanças de estado físico As mudanças de estado físico são formas de trans‑ formações físicas. Para compreendê‑las, vamos conside‑ rar certas situações cotidianas envolvendo a água. Quando colocamos uma fôrma com água líquida em um freezer ocorre uma transformação denominada solidiﬁcação (passagem do estado líquido para o sólido, ou gelo). Quando um cubo de gelo é colocado em um recipiente à temperatura ambiente, ele derrete após cer‑ to tempo. Temos nesse caso também uma mudança de estado físico (passagem do sólido para o líquido), que é denominada fusão. A vaporização é o processo em que a matéria pas‑ sa do estado líquido para o gasoso. Ele pode ser lento (evaporação) ou ocorrer de maneira mais rápida, com formação de bolhas (ebulição). A água presente, por exemplo, em uma roupa úmida que está no varal para secar evapora, ou seja, passa para o estado gasoso len‑ tamente (torna‑se vapor). A velocidade da vaporização depende da temperatura e da pressão ambientes, mas também de outros fatores. A água entra em ebulição quando, por exemplo, a esquentamos em uma pane‑

IUPAC: criada em 1919 por químicos da indústria e da aca‑ demia, é uma organização científica não governamental in‑ ternacional que serve ao avanço da Química. É reconhecida mundialmente como uma autoridade em nomenclatura quí‑ mica, terminologia, métodos‑padrão de medida etc. Figura 18. Gelo ‑seco em processo de sublimação. A névoa alvacenta que vemos em torno do gelo‑seco em processo de sublimação resulta da condensação do vapor de água presente na atmosfera.

Digital Light Source/UIG/Getty Images

la para preparar macarrão. Observamos a in‑ tensa formação de bolhas, e o líquido passa para o estado gasoso de maneira mais rápida. É fácil observar a transforma‑ ção denominada condensação (ou liquefação), que é a passa‑ gem do estado gasoso para o lí‑ quido. As gotículas de água que se formam na superfície externa de um copo com uma bebida ge‑ lada são o resultado da conden‑ sação de vapor de água presente no ar (umidade), como vemos na Figura 17. Aquela “névoa” que sai de uma panela com água sob aquecimento é resultado da con‑ densação de vapor de água, que é invisível e incolor. Consideremos agora o gelo‑ ‑seco (Figura 18), um material Figura 17. Umidade formado por dióxido de carbono do ar condensada na no estado sólido. É comum seu superfície externa de copo contendo uso em shows, festas e filmes para um chá gelado. produzir névoa. Nesse caso, ocor‑ re a passagem direta do estado sólido para o gasoso, sem formação de líquido. Esse processo é denominado sublimação. A IUPAC (sigla em inglês da União Inter‑ nacional de Química Pura e Aplicada) sugere que se use o termo solidificação para a mudança do estado gasoso para o sólido, mas é comum o uso de outros nomes. Optamos por utilizar ressublimação, sendo esse o processo inverso da sublimação.

Piyato/Shutterstock.com

Os processos em que a matéria é transformada em outra de composição e propriedades distintas são de‑ nominados transformações químicas. As transfor‑ mações químicas podem ser reconhecidas por meio de evidências como liberação de gases, alteração de cor e formação de novos materiais. Um exemplo é a formação de ferrugem nas estruturas de aço das construções pró‑ ximas ao mar em razão do contato com o ar e a maresia. Já as transformações físicas são aquelas em que somente as propriedades físicas da matéria se alteram. Podemos citar como exemplo a divisão de uma folha de papel em duas partes iguais. Cada parte da folha de papel apresenta valor de massa diferente da inicial (folha inteira), porém a composição de ambas as partes permanece a mesma.

Capítulo 1

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Para que essas transformações ocorram, é necessário que haja variação de temperatura (Figura 19). Aumento da temperatura sublimação

Paulo Cesar Pereira

fusão

vaporização líquido

sólido

gasoso

solidiﬁcação

liquefação

ressublimação

Figura 19. Esquema de mudanças de estado físico da água.

Redução da temperatura

Propriedades da matéria As propriedades específicas definem a identidade da matéria. Em outras pa‑ lavras, cada tipo de material apresenta uma série de características que o iden‑ tificam, orientando‑nos quanto à escolha de um deles para determinado fim. Uma xícara, por exemplo, deve ser feita de vidro, plástico ou porcelana, que são insolúveis em água e maus condutores térmicos. Assim, evita‑se que a xícara se dissolva e se aqueça excessivamente. Gráﬁco 2. Curvas de aquecimento (a) e de Veja a seguir algumas dessas propriedades. resfriamento (b) da água pura ao nível do mar

120

água vapor

100

Temperatura (ºC)

vapor

80 60

início da ebulição água líquida

40 20

gelo água

fim da ebulição

Tempo

20 40

gelo início da fim da fusão fusão

b 120 vapor vapor 1 água 100 80 60 40 20

início da condensação

fim da condensação

água líquida água 1 gelo

Tempo

20 40

gelo início da solidificação

fim da solidificação

Fonte de pesquisa: ATKINS, P.; LORETTA, J. Princípios de Química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. 5. ed. Porto Alegre: Bookman, 2012. p. 161. Química: a ciência da escala humana

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Editoria de arte

A temperatura em que um material passa do estado sólido para o líquido (ou do líquido para o sólido) a determinada pressão é denominada temperatura de fusão (t F ) ou ponto de fusão (ou temperatura de solidificação). Já a tempe‑ ratura em que um material passa do estado líquido para o gasoso (ou do gasoso para o líquido) a determinada pressão é chamada de temperatura de ebulição (t E ) ou ponto de ebulição (ou temperatura de condensação). Vamos analisar as curvas de aquecimento e de resfria‑ mento da água pura ao nível do mar (Gráfico 2). Essas cur‑ vas consistem no registro da variação da temperatura de uma amostra em função do tempo. Quando aquecemos um bloco de gelo, sua temperatura sobe até atingir um patamar (0 °C). Nessa temperatura (t F ), o gelo começa a derreter e, após um intervalo de tempo, conver‑ te‑se inteiramente em água líquida. Se continuarmos a aquecer essa água, chegaremos a outro patamar (100 °C), que corres‑ ponde a t E. Após certo tempo, toda a água no estado líquido passará para o estado gasoso. Mais aquecimento implicará aumento de temperatura do vapor de água (Gráfico 2a). A curva de resfriamento é o processo inverso: partimos do material no estado gasoso e o resfriamos até que se soli‑ difique (Gráfico 2b).

Temperatura (ºC)

Temperatura de fusão e temperatura de ebulição

2/13/17 4:43 PM

As temperaturas de fusão e ebulição são propriedades específicas da matéria e variam de acordo com a pressão exercida sobre o material. No caso da água pura, seus valores são 0 °C e 100 °C, respectivamente, ao nível do mar, ou seja, a uma pressão atmosférica específica. Conhecendo t F e tE , a determinada pres‑ são, podemos prever em que faixa de temperatura um material se encontrará no estado sólido, líquido ou gasoso.

Solubilidade

Paulo Cesar Pereira

O açúcar comum comercial (sacarose) é um sólido branco cristalino. Se adicio‑ narmos um pouco desse material a um copo com água e mexermos o conteúdo com uma colher, o sólido logo “desaparecerá”. Esse fenômeno é denominado dissolução. Se continuarmos a adicionar açúcar, chegará um ponto em que par‑ te dele não se dissolverá mais, ficando no fundo do copo (Figura 20). A quantidade de sólido que pode ser dissolvido em determinada quantidade de um líquido qualquer, a uma pressão e temperatura específicas, é chamada de solubilidade. A solubilidade da sacarose em água a 25 °C é aproximadamente 2 g/mL, ou seja, a 25 °C cerca de 2 g de sacarose podem ser dissolvidos em 1 mL de água.

Figura 20. Representação da dissolução e da solubilidade do açúcar.

Condutividade

Anton Mykhailo Shutterstock.c vskyi/ om

Figura 21. Panela feita de aço inoxidável, vidro e plástico.

Observe a Figura 21. Note que o metal (aço) está nas partes da panela que entram em contato com a chama do fogão e o plástico, nos pontos em que colocamos as mãos. A escolha do tipo de material para a fabricação da panela não é aleatória. O plástico foi utilizado no cabo e na parte superior da tampa por ser um mau condu‑ tor de calor, assim não nos queimamos quando cozinhamos. Por outro lado, para esquentar o alimento, utiliza‑se um material que seja bom condutor térmico, como o metal (nesse caso, aço inoxidável). A condutividade térmica de um material é a sua capacidade de conduzir mais ou menos calor. A condutividade elétrica de um material é a sua capacidade de condu‑ zir corrente elétrica. Na produção de certos fios e componentes eletrônicos utilizam‑se amplamente metais, pois são bons condutores de corrente elétri‑ ca. Os materiais que são maus condutores, como a borracha, são denomina‑ dos isolantes.

Capítulo 1

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2/13/17 4:43 PM

Exercícios propostos 1. Leia as situações descritas a seguir. a) Uma poça de água desaparece após algumas horas ao sol. b) Após alguns dias, um tomate verde muda sua coloração para vermelho. c) Uma mistura de farinha, ovos e fermento é assada para produzir pão. d) Uma rocha de granito é quebrada em várias partes para a produção de pedras. Determine qual(is) dela(s) evidencia(m) uma transformação química. Explique sua resposta. 2. Imagine que um pequeno pedaço de chocolate foi deixado em um ambiente aberto, exposto ao sol. Que tipo de transformação física deverá ocorrer após algum tempo? 3. Em dias ensolarados, recomenda-se, para melhor aproveitamento, que a irrigação de plantas e lavouras seja feita à noite ou no início da manhã. Por que a irrigação é mais eficiente nos períodos citados? 4. Leia o texto a seguir. [...] Devemos estar atentos às referências técnicas para a solução desses problemas, mas é também necessário desenvolver e mobilizar novas tecnologias para conservar, captar, transportar, reciclar e salvaguardar nossos recursos aquíferos. [...] A reação à maior parte dos problemas relacionados com a água será muito diferente de região para região, exigindo um equilíbrio entre vários usos e entre soluções tecnológicas e tradicionais. [...] SELBORNE, L. A ética do uso da água doce: um levantamento. Brasília, DF: Unesco, 2001. p. 24. Disponível em: <http://unesdoc.unesco.org/ images/0012/001271/127140por.pdf>. Acesso em: 21 jan. 2016.

Sol

incidência de radiação solar

vid incoro ou p a ra lor (p lástico con diação ara tra den n sar solar e smitir o va por) coleta da água dessalinizada cond ensa ção

Editoria de arte

A seguir, está ilustrada uma proposta tecnológica relacionada com o uso consciente dos recursos hídricos.

vapor de água

Com base na análise dessa ilustração, podemos aplicar o uso desse dispositivo para: a) aquecer a água utilizando a energia solar e correntes de convecção. b) decantar partículas sólidas utilizando a saída de água por ebulição. c) vaporizar e dessalinizar a água captada do mar por incidência de radiação solar.

d) armazenar energia solar em vapores de água. e) analisar o efeito estufa em regiões de muita umidade. 5. (UTF-PR) Em uma noite de inverno rigoroso uma dona de casa estendeu as roupas recém-lavadas no varal, expostas ao tempo. Pela manhã as roupas congelaram, em função do frio intenso. Com a elevação da temperatura no decorrer da manhã, começou a pingar água das roupas, em seguida elas ficaram apenas úmidas, e elas logo estavam secas. Ocorreram nestas roupas, respectivamente, as seguintes passagens de estados físicos: a) solidificação, evaporação e fusão. b) solidificação, fusão e evaporação. c) fusão, solidificação e evaporação. d) fusão, evaporação e solidificação. e) evaporação, solidificação e fusão. 6. (IFSP) Quando um automóvel é abastecido com álcool ou gasolina em um posto de abastecimento, as pessoas que estão nas proximidades do veículo sentem o cheiro do combustível. Esse fato evidencia a ocorrência da mudança de estado físico conhecida como: d) fusão. e) vaporização.

a) calefação. b) liquefação. c) sublimação.

7. (IFSP) Um frasco de amostra contendo três substâncias químicas, A, B e C, foi enviado a um laboratório químico para ser analisado. O rótulo apresenta os seus pontos de fusão (P.F.) e pontos de ebulição (P.E.) à pressão de 1 atm conforme o quadro a seguir: Substância

P.F. °C

P.E. °C

114

182

218

183

A primeira medida tomada pelo técnico químico foi determinar o estado físico das substâncias à temperatura de 25 °C. A conclusão a que ele chegou em relação às substâncias, respectivamente, de cima para baixo foi: a) líquido, sólido, gasoso. b) sólido, gasoso, líquido. c) sólido, líquido, gasoso. d) líquido, gasoso, sólido. e) gasoso, líquido, sólido. 8. (UFRN) Quitéria, para combater traças e baratas, foi aconselhada a colocar no guarda-roupa algumas bolinhas de naftalina (C10H8). Com o passar do tempo, notou que as bolinhas diminuíam de tamanho. Buscando nos livros alguma explicação para o curioso fato, encontrou que esse fenômeno é causado pela: a) evaporação. c) fusão. b) sublimação.

d) condensação. Química: a ciência da escala humana

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Água

É a substância mais comum na Terra. Está em toda parte, no ar, no solo e em todos os seres vivos. Sem ela, a vida não seria possível.

O corpo humano é composto de 70% de água.

DISPONIBILIDADE DA ÁGUA

EM QUE SE USA

Metros cúbicos per capita ao ano.*

Agricultura Indústria

Ásia

Oceano Pacífico

América do Sul

Uso doméstico

Oceano Índico

África

O CICLO DA ÁGUA

1 EVAPORAÇÃO O Sol aquece a água dos oceanos, e o ar se torna úmido. Começam a se formar as nuvens. A evaporação da água contida no solo e na vegetação aumenta a umidade do ar.

2 TRANSPORTE O vento arrasta as nuvens e as massas de ar úmido sobre os continentes e oceanos.

África

América do Sul

Oceania

A água do mar evapora, e as massas de ar a transportam sobre os continentes. Depois disso, ela precipita em forma de chuva, neve ou granizo e volta ao mar como águas superficiais ou subterrâneas.

3 CHUVAS Quando o ar úmido esfria, a água condensa e cai em forma de chuva, neve ou granizo.

192

359

Europa

ACESSO À ÁGUA POTÁVEL Menos de 50% da população

América do Norte

Europa Oceano Atlântico

Oceania

América do Norte

Ásia

Menos de 1700 1700-5 000 Mais de 5 000

A população mundial usa a maior parte da água disponível para produzir alimento.*

Sol90 Images

CONEXÕES

593 620 715 1 530 Metros cúbicos per capita

REPRESA LAGO

INFILTRAÇÃO DA ÁGUA RIO OCEANO

VOLTA AO MAR

As águas voltam ao mar depois de períodos de dias, no caso das águas superficiais, e de séculos, no caso das águas subterrâneas. Também existem bacias que não possuem saída para o mar. Nesse caso, as águas simplesmente evaporam. LOCALIZAÇÃO

ESTRATOS IMPERMEÁVEIS AQUÍFEROS

VOLUME TOTAL APROXIMADO DE ÁGUA

Quase a totalidade da água da Terra é salgada, o que dificulta torná-la potável.

4 FLUXO DA ÁGUA Dois grandes circuitos levam a água de volta para o mar: o das águas superficiais, constituído por rios e lagos, e o das águas subterrâneas, formado por aquíferos e estratos portadores de água.

Água doce: 6%

Água salgada: 94%

Água na superfície e na atmosfera: 0,03% Gelo: 1,7%

Rios: 0,00015% Atmosfera: 0,001% Lagos: 0,029%

Águas subterrâneas: 4,3%

* Fonte de dados: Banco mundial. Word Development Indicators: Freshwater. Disponível em: <http://wdi.worldbank.org/table/3.5>. Acesso em: 4 jan. 2017.

(Imagem fora de escala e em cores ilustrativas)

Capítulo 1

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2/14/17 2:39 PM

Desequilíbrio hídrico Banhada por dois importantes rios – o Tietê, o maior do estado, e o Pinheiros –, com pelo menos duas grandes represas em sua área geográfica e chuvas torrenciais no verão, que, não raro, provocam alagamentos e enchentes, pode parecer estranho que a cidade de São Paulo tenha ficado com as torneiras secas, precisando adotar rodízios no abastecimento. [...] A crise hídrica de São Paulo, que na verdade afeta todo o estado e se estende a outros pontos da região Sudeste, não é fato isolado no mundo. Ela se insere num contexto mais amplo em que a água própria para consumo humano é um bem cada vez mais escasso – e disputado. [...] As pessoas aprendem, ainda nos primeiros anos de escola, como funciona o ciclo da água. A chuva cai, parte se escoa superficialmente e parte se infiltra e abastece o lençol freático, que por sua vez alimenta nascentes, rios e mananciais, de onde evapora, dando início a um novo ciclo. Mas hoje não é bem assim em algumas regiões do Brasil. Nas últimas décadas, o desmatamento de encostas e das matas ciliares, a poluição e o uso inadequado do solo têm contribuído para degradar e colocar em risco as nascentes e os mananciais, diminuindo a quantidade e a qualidade da água que abastece a população, principalmente nas grandes cidades. Quando a isso se acrescenta a estiagem prolongada, a situação pode ficar caótica, com reservatórios vazios, torneiras secas e racionamento. [...] O Cantareira é o maior dos sistemas de abastecimento administrados pela Sabesp e um dos maiores do mundo, destinado à captação e ao tratamento de água para a Grande São Paulo. [...]

O nível do sistema alcançado no último dia de março [de 2015] é semelhante ao registrado no dia 18 de fevereiro de 2014, de 18,5%. Desde então [o nível do sistema] só caiu, até chegar a 8,2% em 15 de maio daquele ano [2014]. No dia seguinte, a Sabesp passou a usar a primeira cota do volume morto, o que elevou o nível do Cantareira a 26,7%. Sem chuvas, os reservatórios continuaram esvaziando, até o [nível do] sistema cair para 3% de sua capacidade, no dia 24 de outubro [de 2014]. [...] A população, não sem razão, se assustou e começou, por conta própria, a tomar medidas para economizar água e superar sua escassez. [...] [...] Para o ecólogo e doutor em ecologia, Sérgio Luís de Carvalho, do Departamento de Biologia e Zootecnia da Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira, da Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” (Unesp), os principais desafios da preservação e da recuperação de nascentes e mananciais estão na implementação de práticas sustentáveis, que compatibilizem o desenvolvimento econômico e social com a preservação ambiental. [...] Para a consultora na área de recursos hídricos Marussia Whately, [...] é preciso, no entanto, ir além de todas essas medidas de proteção e recuperação de nascentes e mananciais, mudando a maneira de administrar a questão do abastecimento. [...] SILVEIRA, E. da. Desequilíbrio hídrico. Sesc SP Online. 2015. Disponível em: <http://www.sescsp.org.br/online/ artigo/9033_DESEQUILIBRIO+HIDRICO>. Acesso em: 4 jan. 2017.

Atividades 1. O desequilíbrio hídrico verificado no estado de São Paulo em 2015 também ocorre em outras regiões do Brasil e do mundo. Reúna-se em grupo e debatam so‑ bre as possíveis razões que têm tornado esse fenôme‑ no cada vez mais constante. Apresentem a conclusão do grupo à classe. Façam referência ao infográfico apresentado.

3. Durante uma crise hídrica de tal magnitude como a ocorrida em São Paulo, é comum ouvirmos comen‑ tários que culpam os gestores públicos por tal fato. Você concorda com esse posicionamento? Debata sobre o tema com seu grupo e proponham ações que amenizem e/ou previnam uma crise hídrica. Apre‑ sentem a conclusão do grupo à classe.

2. Uma das possíveis consequências do desequilíbrio hídrico é o racionamento de água. Discuta em grupo que medidas vocês tomariam se em sua região uma situação como essa se estabelecesse.

4. De acordo com o infográfico, há algumas regiões com grande disponibilidade de água, mas com o acesso à água potável abaixo dos 50%. Quais regiões são es‑ sas? Discuta com seus colegas possíveis razões que levam a essa condição ambígua.

Química: a ciência da escala humana

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Exercícios complementares O método científico 1. A teoria de que o aumento da emissão de gás carbô‑ nico na atmosfera é a principal causa do aquecimento global tem sido debatida entre os cientistas. Entre as alternativas a seguir, qual seria a provável causa des‑ se debate? a) Novas ideias compartilhadas nas redes sociais. b) A opinião de indústrias automobilísticas e petro‑ líferas. c) A descoberta de evidências científicas. d) Uma nova conclusão com base na opinião pública.

rios levantou a hipótese de que ambos eram pedaços de fio de cobre. Intrigado com a possibilidade de que os fios pudessem ser de materiais diferentes, outro funcionário resolveu aplicar o que tinha aprendido nas aulas de Química para identificá-los. Para isso, adotou os seguintes procedimentos: • Mediu o comprimento dos fios. Os valores encon‑ trados foram 40 cm para um fio e 60 cm para o outro. • Mediu a massa de cada um dos fragmentos. Os va‑ lores encontrados foram 16 g para o fragmento me‑ nor e 80 g para o fragmento maior.

Densidade

• Observou a etiqueta do plástico nos fios e verificou que os diâmetros dos fios metálicos eram os mesmos.

2. (UFG‑GO) Uma peça metálica com geometria cúbica foi fabricada com um dos elementos químicos apre‑ sentados na tabela a seguir.

• Consultou uma tabela de densidade e encontrou o valor de 0,3 para a razão entre a densidade do alumí‑ nio e a densidade do cobre.

Metal

Densidade (g/cm3)

21,1

19,3

12,0

10,5

7,2

Considerando‑se a aresta do cubo igual a 2,5 cm e a massa total da peça igual a 112,5 g, conclui‑se que o metal utilizado para construção da peça metálica foi:

Com base nessas informações e em seus conhecimen‑ tos, podemos identificar que: a) os dois fios são constituídos de cobre. b) os dois fios são constituídos de alumínio. c) os dois fios são constituídos de materiais diferen‑ tes. O fragmento maior é de cobre. d) a razão entre a densidade do cobre e a do alumínio não é pertinente para sua identificação. e) os dois fios pertencem a materiais diferentes. O fragmento menor é de cobre. 5. (UCS‑RS) Considere as densidades, a 20 °C, para os respectivos materiais listados a seguir. Material

Densidade (kg ? m23)

alumínio

2 700

carvão

III

diamante

cortiça

a) a Pt b) o Au c) o Pd d) a Ag e) o Cr 3. Podemos identificar os materiais com base nas pro‑ priedades específicas. Em um experimento de iden‑ tificação de um pequeno pedaço metálico dourado, foi medido o volume de água deslocado e obteve‑se 3 cm3. Mediu‑se também a massa do material: 57,9 g. Sabendo que a densidade da pirita é próxima de 5,00 g/cm3 e a do ouro é 19,3 g/cm3, determine a composição da amostra. 4. Em um depósito de materiais de construção, foram encontrados dois pedaços de fios metálicos, revesti‑ dos de plástico (fios encapados). Um dos funcioná‑

água

500 3 500 240 1 000

Ao serem adicionados pedaços de cada um desses materiais à água, observa‑se a flutuação de: a) apenas I, II e III. b) apenas I, III e IV. c) apenas I e III. d) apenas II e IV. e) todos.

Capítulo 1

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2/14/17 3:22 PM

6. (Unicamp-SP) Uma receita de biscoitinhos Petit Four de laranja leva os seguintes ingredientes:

Ingrediente

Quantidade/ gramas

Densidade aparente g/cm3

Farinha de trigo

360

0,65

Carbonato ácido de amônio

1,5

Sal

2,0

Manteiga

100

0,85

Açúcar

0,90

Ovo

100 (2 ovos)

1,05

Raspas de casca de laranja

0,50

Quais estão corretas? a) Apenas I. b) Apenas III. c) Apenas I e II. d) Apenas II e III. e) I, II e III. 8. (UFG-GO) Um químico elaborou uma nova formulação para um refrigerante, nas versões normal e diet, conforme a tabela a seguir, para um volume final de 1,0 L.

A densidade aparente da “massa” recém-preparada e antes de ser assada é de 1,10 g/cm3. Entende‑se por densidade aparente a relação entre a massa da “massa” ou do ingrediente, na “forma” em que se encontra, e o respectivo volume ocupado. a) Qual o volume ocupado pela “massa” recém-preparada, correspondente a uma receita? b) Como se justifica o fato de a densidade aparente da “massa” ser diferente da média ponderada das densidades aparentes dos constituintes? 7. (UFRGS‑RS) Um tanque de flutuação contém uma solução aquosa, com elevada concentração de sais, que imita as condições do Mar Morto, ideais para que uma pessoa flutue. Em um tanque desse tipo, foi realizado um experimento para verificar a flutuação de certos materiais, cujos dados obtidos são apresentados no quadro a seguir. Material

Flutuação

Massa

Volume

Bloco de chumbo

não

Bloco de borracha

sim

Bloco de ferro

não

Considere as seguintes afirmações com base nos dados do quadro acima.

Quantidade (g) Componentes

Refrigerante normal

Refrigerante diet

Açúcar

109,7

0,0

Aromatizante

10,1

11,1

Conservante

20,0

5,2

Espessante

10,2

24,0

Água

900,0

960,0

Adoçante artificial

0,0

1,4

Após a mistura, o químico colocou os refrigerantes em duas garrafas idênticas (massa, volume e forma iguais). Acidentalmente, ele as deixou cair em um tanque contendo uma solução de cloreto de sódio com densidade igual a 1,03 g/mL. a) Calcule as densidades dos refrigerantes. b) Descreva e explique o comportamento das garrafas ao caírem no tanque. 9. (UFG‑GO) O artefato conhecido como “lâmpada de lava” é feito utilizando‑se uma mistura de álcool, água e óleo, conforme o esquema.

Mistura H2O/Etanol

Gotas de óleo

I. Se m1 5 m2 , então V2 > V1 II. Se V2 5 V3 , então m2 > m3

Lâmpada

III. Se m2 > m1 , então V1 5 V2 Química: a ciência da escala humana

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2/14/17 3:21 PM

Exercícios complementares Dados:

c) fusão. d) vaporização.

Substâncias

Densidade (g/mL)

Água

1,00

Etanol

0,78

Óleo

0,90

Quando se liga a lâmpada, que é a fonte de aqueci mento, ocorre um fluxo ascendente e descendente das gotas de óleo no interior da mistura. Considerando ‑se a variação da densidade do óleo com a mudança de temperatura no interior do frasco, explique como acontece o movimento das gotas do óleo.

Mudança de estado físico 10. (Enem/MEC) Com base em projeções realizadas por especialistas, prevê‑se, para o fim do século XXI, aumento de temperatura média, no planeta, entre 1,4 °C e 5,8 °C. Como consequência desse aqueci mento, possivelmente o clima será mais quente e mais úmido bem como ocorrerão mais enchentes em algumas áreas e secas crônicas em outras. O aqueci mento também provocará o desaparecimento de al gumas geleiras, o que acarretará o aumento do nível dos oceanos e a inundação de certas áreas litorâneas. As mudanças climáticas previstas para o fim do sécu lo XXI: a) provocarão a redução das taxas de evaporação e de condensação do ciclo da água. b) poderão interferir nos processos do ciclo da água que envolvem mudanças de estado físico. c) promoverão o aumento da disponibilidade de ali mento das espécies marinhas.

e) calefação. 12. (Uespi-PI) No vidro traseiro de alguns automóveis, há filamentos que funcionam como desembaçadores. Ao acionar um botão no painel, o motorista aquece esses filamentos e, por isso, os vidros desembaçam. Sobre esse fato, analise as afirmativas a seguir. 1. O vidro fica embaçado porque o vapor de água condensa sobre ele. 2. Os filamentos aquecem o vidro e provocam a vapo rização da água, desembaçando o vidro. 3. Os filamentos aquecem o vidro e acarretam a subli mação da água, desembaçando o vidro. Está(ão) correta(s) apenas: a) 1 b) 2 c) 1 e 2 d) 1 a 3 e) 2 e 3 13. (IFSP) A mudança de fase denominada sublimação ocorre quando: a) O gelo-seco é exposto ao ar ambiente. b) O gelo comum é retirado do congelador. c) Um prego se enferruja com a exposição ao ar úmido. d) Uma porção de açúcar comum é aquecida até carbonizar‑se. e) Uma estátua de mármore é corroída pela chuva ácida. Temperatura de fusão e de ebulição

d) induzirão o aumento dos mananciais, o que solu cionará os problemas de falta de água no planeta.

14. (UTF-PR) Um pouco de água a 20 °C foi colocado em um copo contendo uma pedra de gelo. Pode‑se afir mar que:

e) causarão o aumento do volume de todos os cur sos de água, o que minimizará os efeitos da poluição aquática.

a) com o tempo o gelo resfria a água a 0 °C e ele não derrete no processo.

11. (UEA‑AM) É possível passar a matéria do estado só lido diretamente para o gasoso, evitando a fase líqui da. Tal fenômeno físico se verifica comumente no ge lo‑seco e na naftalina, mas também pode ocorrer com a água, dependendo das condições de temperatura e pressão. A essa passagem dá‑se o nome de:

c) enquanto a água e o gelo estão juntos no copo, o gelo derrete e a água se resfria em uma temperatura de 0 °C.

a) condensação. b) sublimação.

b) a água aquece o gelo a 20 °C derretendo‑o no pro cesso, sem que a água se resfrie.

d) o contato da água com o gelo força a água a se con gelar a 20 °C. e) o contato da água com o gelo força o gelo a se con gelar a 0 °C.

Capítulo 1

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2/14/17 3:20 PM

15. (UTF-PR) Na Química, para se caracterizar um determinado material são utilizadas, dentre outras, quatro constan‑ tes físicas: ponto de fusão, ponto de ebulição, densidade e solubilidade, que constituem um “quarteto fantástico”. Em um laboratório, foram obtidos os dados da tabela abaixo, relativos a propriedades específicas de amostras de alguns materiais. Temperatura de fusão (°C)

Temperatura de ebulição (°C)

Materiais

Massa (g) a 20 °C

Volume (cm3)

115

100

218

174

100

650

1 120

100

–40

115

100

Considerando os dados da tabela, analise as afirmações seguintes: I. À temperatura de 25 °C, os materiais C e D estão no estado líquido. II. Massa e volume são propriedades específicas de cada material. III. Se o material B for insolúvel em D, quando for adicionado a um recipiente que contenha o material D, ele de‑ verá afundar. IV. Se o material A for insolúvel em D, quando for adicionado a um recipiente que contenha o material D, ele de‑ verá flutuar. V. À temperatura de 20 °C, a densidade do material C é igual a 0,74 g/mL. Das afirmações acima, são corretas, apenas: a) I, III e V.

c) III, IV e V.

b) II, III e IV.

d) I e V.

16. (Cefet‑MG) As chamas atingem diferentes tempe‑ raturas dependendo de como são produzidas. Em shows pirotécnicos chegam a 3 600 °C, nos fogões re‑ sidenciais podem atingir até 800 °C e, em sistemas de oxiacetileno, alcançam 3 200 °C. Quando em conta‑ to com chamas de altas temperaturas, alguns metais fundem e, até mesmo, entram em ebulição. A tabela seguinte apresenta as temperaturas de fusão de alguns metais sólidos.

e) I, III e IV. inorgânicos. A tabela apresenta dados sobre as tempe‑ raturas de ebulição e fusão de alguns hidrocarbonetos. Substância

tE (ºC)

tF (ºC)

metano

2162

2182

propano

242

2188

eteno

2104

2169

propino

223

2101

Na temperatura de 2114 °C é correto afirmar que os estados físicos em que se encontram os compostos, me‑ tano, propano, eteno e propino, são, respectivamente,

Metais

Temperaturas de fusão (°C)

Ouro

1 064,4

Prata

961,9

Cobre

1 083,5

c) líquido, gasoso, sólido e líquido.

Alumínio

660,5

d) gasoso, líquido, sólido e gasoso.

a) sólido, gasoso, gasoso e líquido. b) líquido, sólido, líquido e sólido.

O número de metais que não muda de fase, quando aquecidos em chamas de fogões residenciais, é igual a a) 1.

b) 2.

c) 3.

d) 4.

17. (Unesp-SP) Os compostos orgânicos possuem inte‑ rações fracas e tendem a apresentar temperaturas de ebulição e fusão menores do que as dos compostos

e) gasoso, líquido, líquido e sólido. 18. Leia suas respostas das questões de abertura deste capítulo e reavalie-as com base nos conhecimen‑ tos adquiridos. Escolha um elemento do seu coti‑ diano que possa ser objeto de estudo da Química e justifique sua escolha. Química: a ciência da escala humana

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